CN101379384A

CN101379384A - 带有基准单元的磁传感器装置

Info

Publication number: CN101379384A
Application number: CN200780004380.4A
Authority: CN
Inventors: H·杜里克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2009-03-04
Also published as: EP2076785A2; US20090009156A1; WO2007088502A3; WO2007088502A2; JP2009525481A

Abstract

本发明涉及一种磁传感器装置，其包括用于在样本室(1)内生成磁场(B)的激励线路(11，13)和用于感测所述样本室内的磁性颗粒(2)所生成的磁场的诸如GMR元件等的磁传感器元件(12)。所述装置还包括由其间设置了磁传感器元件(12)的线状导体(14)和平面导体(15)构成的基准场发生器。由所述导体(14，15)生成的磁基准场(B_ref)不渗透到所述样本室(1)内，而是仅抵达所述磁传感器元件(12)。因此，能够分离出由磁基准场(B_ref)导致的传感器信号分量，并采用所述传感器信号分量来计算传感器增益。例如，可以在测量过程中将这一值用于装置的自动校准。

Description

带有基准单元的磁传感器装置

技术领域

本发明涉及一种磁传感器装置，包括至少一个磁传感器元件和用于提供样本的样本室。此外，本发明还涉及这样的磁传感器装置的应用和采用这样的磁传感器装置测量磁场的方法。

背景技术

WO 2005/010543 A1和WO 2005/010542 A2公开了一种磁传感器装置，例如，可以在微流体生物传感器中用其检测带有磁珠标记的(生物学)分子。所述微传感器装置设有传感器单元的阵列，其包括用于生成磁场的线路和用于检测受到磁化的磁珠所产生的杂散场的巨磁阻装置(GMR)。从而GMR的电阻表示传感器单元附近的磁珠数量。

上述类型的磁性生物传感器的问题在于，磁阻元件的灵敏度对诸如传感器中的磁不稳定性、外部磁场、老化、温度等的不可控参数非常敏感，并由此导致整个测量的有效增益对此也非常敏感。

发明内容

基于这种情况，本发明的目的在于提供一种措施，使得磁传感器装置的测量对传感器增益中的变化表现出更高的鲁棒性。

这一目的是通过根据权利要求1所述的磁传感器装置、根据权利要求15所述的方法和根据权利要求24所述的应用实现的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据本发明的磁传感器装置包括下述部件：

a)用于提供例如电压等传感器信号的至少一个磁传感器元件，其中，所述传感器信号指示所述磁传感器元件(至少部分地)暴露于其中的磁场(或至少其分量)。

b)能够在其内提供样本的样本室，其能够生成抵达磁传感器元件的磁场。就最一般的意义而言，样本室只是大体上处于磁传感器元件附近的区域，可以在该处提供某种磁交互实体(样本)。顾名思义，样本“室”通常是被设置为限制样本物质的目标分子的移动(或使其混杂)的空腔或腔。此外，样本室通常是微流体系统的一部分。

c)用于在所述磁传感器元件中生成磁“基准场”的基准场发生器，其中，所述基准场在样本室中具有可以忽视的强度。如果所述样本室内的磁基准场的(平均或最大)强度小于其在磁传感器元件中的(平均或最大)强度的0.01、优选小于0.001、最优选小于0.0001，那么通常可以满足后一条件。理想地，样本室内的磁基准场的强度为零，或者至少低于检测极限。

上述基准场发生器的设计的优点在于排除了对样本室内的样本的磁干扰，或者至少将干扰降低到了不可检测的水平。因而，能够确保使所观察到的磁传感器元件的反应明确关联至所施加的具有已知强度的磁基准场。这允许准确地监督传感器特性，尤其是对其测量的校准。

可以通过不同的方式实现只对磁传感器元件造成影响而不对样本室造成影响的基准场发生器。在优选实施例中，所述基准场发生器包括基本呈直线的第一导体，其中，“呈直线”一词表示所述导体的长度明显大于其最大直径(沿垂直于长度的方向测量)，例如，是其10倍，优选为100倍。因而，可以将第一导体粗略地看作是一维的。典型地，第一导体是具有矩形或圆形截面的直线路，但是其他的非直线的形状也是可能的。基准场发生器还包括靠近所述第一导体并且基本与之平行延伸的第二平坦导体。“平坦”一词表示第二导体的长度和宽度(沿垂直方向测得)明显大于其高度(沿垂直于长度和宽度的方向测得)，例如，是其10倍，优选为100倍。因而，可以将第二导体粗略地看作是二维的。典型地，通过平面金属薄板实现所述第二导体。所述第一和第二导体的平行是相对于其主维度而言的，即，相对于第一导体的长度以及第二导体的长度和宽度而言的。最后，必须相对于第一和第二导体的所述维度来理解“靠近”一词。因而，所述第一和第二导体之间的距离通常分别具有所述第一导体的直径或所述第二导体的高度的数量级，和/或分别小于所述第一导体的长度或所述第二导体的长度/宽度。在优选情况下，所述第一和第二导体之间的距离是第一导体的长度的0.1倍，优选为0.01倍。

根据上述实施例的进一步扩展，将所述第一和第二导体一端短接，并在另一端处连接至基准电源(其中，应当相对于其长度限定所述第一和第二导体的末端)。例如，所述基准电源可以是(例如)恒流源或恒压源。在所述的布置中，可以通过所述第一导体沿一个方向传导电流，并沿相反方向通过所述第二导体返回所述电流。由这样的电流生成的磁(基准)场基本被限制在所述平面导体的一侧，下文将参考附图对此进行更为详细的说明。

在上述实施例中，优选将磁传感器元件布置在所述第一和第二导体之间，因为由电流通过所述导体所生成的磁(基准)场将集中在这一区域内。相反，优选将所述样本室布置在所述平坦的第二导体之后(分别从所述第一导体或所述磁传感器元件来看)，在该处所述磁基准场基本为零。

如果所述第二导体尽可能多地覆盖所述第一导体，那么在所述平坦的第二导体后面的空间将受到最大化的屏蔽，从而免受所述导体中的电流生成的磁基准场的影响。理想地，所述第二导体将因此沿两个方向无限延伸。如果所述第二导体的宽度超过所述第一导体的宽度的100倍，优选超过200倍，那么将实现这种理想情况的良好近似。所述第一和第二导体的长度较为不重要，其可以具有近乎相同的数值量级，其中，所述平坦的第二导体的长度稍微大于所述线状第一导体的长度。

所述平坦的第二导体的电导率应当非常高。如果将其实现为金属层，优选实现为具有适当厚度的金层，尤其能够实现这一目的。

根据本发明的另一变型，所述磁传感器元件包括信号分离单元，其用于将所述磁基准场引起的磁传感器元件基准分量的传感器信号与可能由其他磁场或由人为因素引起的其他分量分离。因而，能够隔离并测定所述磁传感器元件对所述具有已知强度的磁基准场做出的反应。

前述信号分离单元优选适于基于信号分量的频谱组成对信号分量进行分离。例如，如果基准分量和其他分量出现在传感器信号的频谱的不同频率上，那么可以采用简单的带通滤波使其相互分离。

在本发明的进一步扩展中，所述磁传感器装置包括至少一个用于在样本室内生成磁激励场的磁场发生器。所述磁场发生器通常包括处于传感器装置的衬底的上面或内部的导体线路。例如，可以采用所述磁激励场移动样本室内的磁交互颗粒和/或将用于标记目标分子的磁珠磁化。在后一种情况下，由所述标记磁珠生成的磁场将成为所述磁传感器元件应当测量的目标信号。由于所述磁激励场进入了所述样本室内，并且可能由此始终在该处激发具有未知的规模形式的磁反应。但是，在采用基准场发生器时，将排除这样的干扰。

在前述实施例中，优选采用激励电源为磁场发生器提供具有第一频率的激励电流。于是，样本室内的样本的反应将遵循这一第一频率，由此能够在所测的传感器信号的频谱内将其识别出来。

在本发明的另一实施例中，所述磁传感器装置包括用于采用具有第二频率的基准电流来驱动基准场发生器的基准电源。从而，由所述磁基准场引起的磁传感器元件的反应将遵循该第二频率，这允许在所测的传感器信号的频谱中将它们识别出来。

如果所述的第一和第二频率互不相同，那么所述传感器信号中分别由所述磁基准场和所述样本室内的样本引起的分量的频谱分离将成为可能。

根据本发明的另一变型，所述磁传感器装置包括增益估算单元，其用于计算作为所述磁传感器元件的传感器增益和/或耦合至所述磁传感器元件以处理器传感器信号的处理部件的增益的特性的“增益值”。例如，所述增益值可以是传感器增益本身或者是其与预定参考值的偏差。照例将传感器或处理部件的增益定义为其输出信号(即电压)相对于其输入，即，就传感器而言所要测量的量(例如，磁场强度)的导数。传感器增益是传感器性态的重要特性，对其的了解是对测量进行准确地定量评估所必需的。后处理电路的增益也同样。特别地，结合上述信号分离单元，能够从所确定的传感器信号的基准分量导出所述传感器和/或其他处理部件的增益，因为这明显地返回到了已知的磁基准场上。

在上述实施例的进一步扩展中，所述磁传感器装置包括根据所述增益估算单元计算的增益值来调整所述磁传感器元件的测量的自适应单元。因而，将所估算的传感器增益用于传感器测量的在线校准，这将使得所述测量甚至相对于短时间量程上的增益变化也能够表现出鲁棒性。

实现前述类型的自适应单元的方式存在不同的可能性。根据第一种具体实现，所述自适应单元包括用于放大磁传感器元件的传感器信号的可变增益放大器。之后，可以根据所计算的增益值来调整所述放大器，从而使传感器增益和放大器增益的组合保持恒定。

在第二种实现中，所述自适应单元包括用于为磁传感器元件提供可变传感器电流的可调整传感器电源。例如，当所述磁传感器元件是磁阻元件，该方法有效，其中该磁阻元件由传感器电流驱动，并产生与所施加的传感器电流成比例的作为传感器信号的电压降。

在另一实现中，所述磁传感器装置包括用于将模拟传感器信号和所计算的增益值变换成供进一步处理的数字值的模拟数字转换器。例如，可以通过能够相对于所应用的算法实现最高的灵活性的个人计算机来执行所述处理。

本发明还涉及一种用于测量源于样本室内的磁场的方法，其中，采用至少一个磁传感器元件来执行所述测量。所述方法包括在磁传感器元件(或至少其部分)内生成磁基准场，其中，所述磁基准场在样本室内具有可忽略的强度。

在一般形式下，该方法包括能够用上述种类的磁传感器装置执行的步骤。因此，关于该方法的细节、优点和改进之处的更多信息，参考前面的描述。

所述方法的尤为重要的实施例包括将由磁基准场引起的基准分量与磁传感器元件的传感器信号的其他分量分离。优选借助频谱，即，以所述传感器信号的频谱为基础完成所述分离。

在本方法的另一实施例中，在样本室内生成具有第一频率的磁激励场。因而，采用所述第一频率为样本室内的(例如)磁性颗粒的反应做出了标记，从而易于在传感器信号中进行检测。

优选生成具有第二频率的磁基准场。因而，采用所述第二频率对由所述基准场引起的反应做出标记，从而易于在传感器信号中进行检测。

在所述方法的另一重要实施例中，由磁传感器元件的传感器信号计算磁传感器元件的传感器增益和/或耦合至所述磁传感器元件的处理部件的“增益值”特性。在这一方法的进一步扩展中，根据所计算的增益值调整所述磁传感器元件的测量。其允许使所述测量不依赖于所述传感器或其他电子部件的增益的变化，从而显著提高所述测量程序的准确度。

尤其可以通过改变传感器信号的放大率，通过改变提供给磁传感器元件的功率和/或通过数字数据处理来实现上述测量调整。

如上文所述，任选通过磁阻元件实现所述磁传感器元件。其可以是(例如)巨磁阻(GMR)元件、TMR(隧道磁阻)元件或AMR(各向异性磁阻)元件。

本发明还涉及将上述磁传感器装置用于分子诊断、生物样本分析或化学样本分析。例如，可以借助于直接或间接附着于目标分子的磁珠来完成分子诊断。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明了且得到阐述。将借助于附图以举例方式描述这些实施例，附图中：

图1示出了根据本发明的带有基准场发生器的磁传感器装置的示意性截面图；

图2示出了沿垂直方向的图1所示的磁传感器装置的示意性截面图；

图3通过透视图示出了线状第一导体和平面第二导体之间的磁基准场的生成；

图4示出了所计算出的图3的布置的磁场等势线；

图5示出了根据本发明的带有自动校准的磁传感器系统的方框图；

图6示出了带有可变增益放大器的图5所示的系统的具体实现；

图7示出了具有传感器电流的调整的图5所示的系统的具体实现；

图8示出了具有用于实现数字处理的模拟信号转换的图5所示的系统的具体实现。

具体实施方式

附图中类似的附图标记表示相同或类似的部件。

图1示出了根据本发明的微电子磁传感器装置，其中，将其具体用作用于检测样本室1内的例如超顺磁珠2等的磁交互颗粒的生物传感器。磁阻生物芯片或生物传感器在灵敏度、特异性、集成性、易用性和成本方面对于生物分子诊断都具有大有前途的特性。在WO 2003/054566、WO2003/054523、WO 2005/010542A2、WO 2005/010543A1和WO 2005/038911A1中描述了这种生物芯片的范例，在此通过引用将它们并入本文。但是，所述传感器装置也可以是任何适当的以位于传感器表面上或附近的待测颗粒的磁性的探测为基础的传感器。因此，可以将所述磁传感器装置设计为线圈、磁阻传感器、磁限制传感器(magneto-restrictive sensor)、Hall传感器、平面Hall传感器、磁通量门传感器、SQUID(半导体超导量子干涉装置)、磁共振传感器或其他通过磁场激励的传感器装置。

图1所示的磁传感器装置包括至少一个磁场发生器，这里，所述磁场发生器由两条矩形导体线11和13实现。电流源21(参考图6-8)以具有频率f₁的交变激励电流I₁＝I₁₀·sin(2πf₁t)驱动线路11和13，以生成使样本室1内的磁珠2磁化的磁激励场B。例如，可以采用磁珠2作为所研究的(生物)分子的标记(更多细节参考所引用的文献)。于是，由磁珠2生成的磁杂散场(未示出)将影响设置在导体线11和13之间的中点的巨磁阻(GMR)传感器元件12的电阻。如果不采用GMR，也可以采用诸如AMR或TMR的其他磁阻装置。GMR传感器12的典型宽度为w＝3μm，与激励线路11和13的典型距离可以是d＝3μm。

为了测量前述磁场，通过另一电流源22(参考图6-8)使具有频率f₂的交流或直流I₂＝I₂₀·sin(2πf₂t)流过GMR传感器元件12。因而，跨越GMR传感器12的电压降u_GMR是表示GMR传感器12的电阻，并由此表示其受到的磁场的适当的传感器信号。

在带有上述部件的磁传感器装置中，磁传感器元件(例如，AMR或GMR)往往具有包围一个以上的磁畴的尺寸，因此易于受到Barkhausen噪声的影响。Barkhausen效应是铁磁畴或者对齐的原子磁体的微观簇的尺寸和取向的一系列突然变化。这样的突然的不连续的跳越可能使传感器的灵敏度(或增益)偏移到另一工作点。因此，磁传感器的灵敏度将表现出大的短期或长期不稳定性。尤其是短期不稳定性意味着，当传感器的灵敏度在测定过程中突然变化时，刚刚在测定之前或者在测定过程中确立的(静态)校准点将有可能变得毫无用处。因此，本发明的目的在于提供方便的装置和方法，以在生物测定过程中实现磁性生物传感器的连续自动校准。

根据这里提出的解决方案，将提供明确定义的稳定的基准磁场，其只能被磁传感器元件12感测到，而不会被磁性颗粒2感应到。这样的基准场允许对磁传感器元件进行动态自动校准，因而能够对任何漂移因素(Barkhausen噪声、温度、机械应力等)进行连续补偿。

除了已经描述的部件之外，图1还示出了前述概念的优选实现。本实施例的核心元件是“基准场发生器”，这里，其包括在GMR传感器12的下面与之平行且直线延伸的第一基准导体线14以及在处于一侧的样本室1和处于另一侧的激励线11、12、GMR传感器12和第一导体线14之间作为金层15延伸的平坦的第二基准导体15。因而，所述第一和第二基准导体形成了在其中间具有GMR传感器12的夹层结构。

图2示出了沿图1的II-II线所截取的截面，其中，所述第一基准导体14和第二基准导体15在它们的远端通过通孔16(或者其他低阻抗连接)短接。在其前端，将所述第二基准导体15接地，而将所述第一基准导体14连接至电流源20(或者与电阻串联的恒压源)。因而，能够通过线状的第一导体14传导基准电流I_ref，并通过平坦的第二导体15使其返回。

图3在示意性的草图中示出了所述的线状第一导体和平行的平面第二导体的布置的磁效应。在图3中，将一个(或多个)矩形导体14悬置于地平面15的附近，并且使电流I_ref通过导体14并通过地平面15返回。根据电磁学理论可知，所述磁场是守恒的。因此，由电流I_ref生成的磁通量Φ完全被限制在电流的正向路径和返回路径之间的区域S(ABCD)内。

为了对其此进一步说明，图4示出了针对图3的布置的磁场等势线。需要指出的重要的一点是，磁场B_ref的所有磁场线都被限制在了地平面15的一侧。

现在，再次参考图1和图2，上述考虑的结论为由第一和第二基准导体14和15生成的磁基准场B_ref与样本室1中的任何样本2是空间隔离的。因此，基准场B_ref只被耦合至GMR传感器12。与之相反，允许激励线路11和13的磁激励场B渗透到第二导体15之上的样本室1内，并使其内的磁性颗粒2磁化。

图1还示出了带有多达三个层A₁、A₂、A₃的传感器装置的可能的实现。在第一实施例中，在CMOS信号调节芯片的顶部金属层(层A₂和A₃)之一内实现线状基准导体14，所述顶部金属层顶部沉积了带有GMR叠置体12和其他连接部的薄膜后端(层A₁)。采用薄膜工艺的顶部的金作为地平面或第二导体15，其优选尽可能大。例如，其可以覆盖通常为700×700μm的整个有源传感器区域。可以通过密封环将顶部的金连接至CMOS IC地，以获得良好的地平面。

在另一实施例中，基准导体14可以位于半导体衬底A₃(例如Si)上，并且可以通过(例如)在由Si₃N₄构成的层A₂内嵌入Au实现，在层A₂上的层A₁内实现了GMR和薄膜后端。

可以优化基准导体14和基准导体15的尺寸，从而在GMR条12内部实现最佳的磁场轮廓。但是，必须指出，只有在理想平面的情况下，样本室1内的磁基准场才严格为零。首先，可以通过将平面顶部金导体15的宽度b选择为比线状基准导体14的宽度w大得多而近似实现这一理想情况。其次，可以通过使顶部金层15具有更好的导电性并且更厚而降低磁场对样本室1的渗透。再次，也是最重要的：基准场B_ref只需要非常低的磁场，其通量集中穿过恰恰需要它们的GMR叠置体。样本室一侧内的对应磁场易于衰减至少60dB(1000倍或更高)，其根本不会对纳米颗粒2的磁化强度造成影响。

图5示出了采用上述种类的磁传感器装置进行测量的方框图。在激励电源21的驱动下，激励线路11和激励线路13生成作为过程P，即，纳米颗粒动力学(沉降、激励、键联等)的输入的磁激励场B。在其输出端X，过程P在磁传感器元件12内生成外部磁场，该磁场是由磁化颗粒生成的杂散场。

在基准电源20和基准电源23的驱动下，带有第一和第二导体14和15的基准场发生器生成磁基准场B_ref。

使过程P的输出和磁基准场B_ref叠加，以获得对磁传感器元件12的有效输入，磁传感器元件12将根据其当前的传感器增益生成传感器信号(电压)u_GMR作为输出。

在现有技术的公知的磁传感器装置中，每一磁场发生器对过程P都存在一些泄漏，在图5中采用虚线表示。所述泄漏的原因在于，所生成的磁场也渗透到样本室内，并可能在该处激发(未知的)样本反应。如果存在泄漏，就不可能区分出传感器信号的变化是由传感器漂移引起的，还是由(例如)位于传感器的顶部的磁纳米颗粒的累积引起的。与之相反，在本发明的磁传感器装置中，由于磁基准场B_ref与样本室存在空间隔离，因而不存在泄漏(或者至少将其降低至可以忽视的水平)。因此，磁传感器元件12对磁基准场做出的反应不受未知干扰的影响，因而能够采用其来确定传感器特性。

基于上述考虑，信号分离单元40使仅由磁基准场B_ref引起的“基准分量”与传感器信号u_GMR中的其他“剩余分量”分离。之后，比较器能够通过比较作为一个方面的所述传感器信号的基准分量和作为另一个方面的所述基准电源20和23的输出而确定磁传感器元件12的实际传感器增益。或者，或此外，比较器还能够确定传感器信号的处理中涉及的其他电子元件的增益。因此，能够根据反映所确定的增益值中的漂移的误差信号E、通过比较器41来调整用于传感器信号的剩余分量的可调整处理器42，从而生成相对于可变传感器增益和/或其他增益变化而自动校准的输出Y_cal。

在实际测量过程中，激励电源21向激励线路11和13提供激励电流。在第一个例子中，在传感器12的附近不存在磁纳米颗粒。因此，将所得到的总体系统输出Y_cal作为零级存储在系统存储器内。接下来，执行生物测定，由此获得的系统输出Y_cal与所存储的零级的差异含有生物信息。在测量过程中，对由(例如)磁畴波动、温度或机械应力导致的任何漂移进行补偿。由于自动校准法的连续和同步特性，不仅可以利用最后的值，而且可以利用所有的中间信号值来监测测定动力学，并提取信息。

图6示出了图5的系统的第一具体实现。通过激励电源21采用具有激励频率f₁的交流I₁来驱动激励线路11和13。通过电流源22采用DC电流I₂驱动GMR传感器12，通过基准电源23采用基准电流I_ref驱动基准场导体14和15。通过选频器20设置基准电流I_ref的频率f_ref。

GMR传感器两端的电压u_GMR表示传感器信号，通过电容器24和放大器25对该信号进行取样。之后，在处理电路的下部分支内以激励频率f₁对经放大的传感器信号进行调制，以提取出现在激励频率f₁上的预期信号。之后，通过可变增益放大器30发送解调信号，从而得到最终的传感器输出Y_cal。

在处理电路的上部分支内，将经放大的传感器信号发送至第二解调器26，以基准频率f_ref驱动所述第二解调器26，从而从所述信号提取由磁基准场B_ref导致的基准分量。之后，通过低通滤波器27将所提取的基准分量发送至增益估算单元28，其根据所提取的传感器信号的基准分量和选频器20(其驱动基准场发生器)的输出之间的关系来确定当前的传感器增益和/或其他处理部件，尤其是放大器25的增益。之后，采用所计算的增益值与预定基本级的偏差E来相应地调整可变增益放大器30的增益。

应当注意，上述方法不仅能够处理传感器性态的变化，还能够处理由信号处理电子部件引入的不准确性。因而，不能确切地获知放大器25和其他电子电路的增益，并且所述增益依赖于处理变化、部件容差等，这是定量测量的一个问题。此外，相关(电子)增益还受到温度漂移的影响。所提出的校准方法通过首先确定相关增益值，之后对测量做出相应的补偿而有效地消除了这些额外的不准确性。

在图6的实施例中，通过DC电流源22偏置GMR传感器12，通过(例如)f₁＝1MHz的频率调制激励线路11和13，并通过(例如)f_ref＝10MHz的基准频率调制基准导体14和15。首先对外部磁信号和基准信号进行空间分离(磁性颗粒不受f_ref的影响)，之后对其进行频域分离。

由于从GMR传感器12附近不存在磁性颗粒的时刻开始，到测定的结束对传感器装置进行连续校准，因而无需调制GMR传感器偏置电流I₂(通过校准消除了电容和电感耦合)。这是非常有利的，因为形成DC低噪声电流源比形成AC低噪声电流源容易得多。但是，如果想要，可以通过(例如)f₂＝1kHz的非零频率来调制GMR传感器电流，从而能够在f₁±f₂的频率上在解调器29中提取信号。

图7示出了图5所示的系统的备选实现，其中，采用由增益估算单元28确定的传感器增益的偏差E作为可调整传感器电源22’的输入。由此，调整传感器电流I₂的幅度，以补偿传感器漂移。

在图8的实施例中，通过模数转换器31将由增益估算单元28确定的传感器增益的偏差E和离开解调器29的解调传感器信号转换至数字域。因而，能够通过通用微型计算机实现进一步的处理，尤其是数据的校准。

通过提供用于对基准信号和源自于测定的磁信号进行同步空间和频率分离的措施，能够对根据本发明的传感器装置进行自动校准，从而对漂移因素(Barkhausen噪声、温度、机械应力等)进行补偿。其显著提高了磁传感器装置的准确性。

最后要指出的是，在本申请中，“包括”一词不排除其他元件或步骤的存在，“一”或“一个”并不排除多个，且单个处理器或其他单元可以实现若干装置的功能。本发明体现在每个新颖的特征要素和特征要素的每种组合中。此外，权利要求中的附图标记不应被视为限制它们的范围。

Claims

1、一种磁传感器装置，包括：

a)至少一个磁传感器元件(12)，其用于提供传感器信号(u_GMR)，该传感器信号(u_GMR)指示所述传感器元件暴露于其中的磁场；

b)样本室(1)，可以在其内提供生成抵达所述磁传感器元件(12)的磁场的样本；

c)基准场发生器(14，15)，其用于在所述磁传感器元件(12)内生成磁基准场(B_ref)，所述磁基准场在所述样本室(1)内具有可以忽视的强度。

2、根据权利要求1所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述基准场发生器包括至少一个线状的第一导体(14)和接近所述第一导体并基本与之平行延伸的平坦的第二导体(15)。

3、根据权利要求2所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述第一和第二导体(14，15)在一端被短接，并且在另一端被连接至基准电源(20，23)。

4、根据权利要求2所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述磁传感器元件(12)被布置在所述第一导体(14)和第二导体(15)之间。

5、根据权利要求2所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述第二导体(15)的宽度(b)是所述第一导体(14)的宽度(w)的100倍以上，优选是其200倍以上。

6、根据权利要求2所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述第二导体(15)包括金属层，优选包括金层。

7、根据权利要求1所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括信号分离单元(40)，该信号分离单元(40)用于将所述磁传感器元件(12)的传感器信号(u_GMR)中的由磁基准场(B_ref)引起的基准分量与其他分量分离。

8、根据权利要求7所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述信号分离单元(40)适于基于所述信号分量的频谱组成来分离所述信号分量。

9、根据权利要求1所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括至少一个用于在所述样本室(1)内生成磁激励场(B)的磁场发生器(11，13)。

10、根据权利要求9所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括用于为所述磁场发生器(11，13)提供具有第一频率的激励电流的激励电源(21)。

11、根据权利要求1所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括用于采用具有第二频率的基准电流来驱动所述基准场发生器(14，15)的基准电源(20，23)。

12、根据权利要求1所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括增益估算单元(28)，该增益估算单元(28)用于计算所述磁传感器元件(12)的传感器增益和/或耦合到所述磁传感器元件(12)的处理部件(25，26，27)的增益值特性。

13、根据权利要求12所述的磁传感器装置，

其特征在于，其包括用于根据所计算的增益值来调整所述磁传感器元件(12)的测量的自适应单元(22’，30，42)。

14、根据权利要求13所述的磁传感器装置，

其特征在于，所述自适应单元包括可变增益放大器(30)、用于为所述磁传感器元件(12)提供可变传感器电流的可调整传感器电源(22’)和/或用于将模拟传感器信号(u_GMR)和/或所计算的增益值转换为数字值以供进一步处理的模拟数字转换器(31)。

15、一种用于采用至少一个磁传感器元件(12)来测量源自于样本室(1)内的磁场的方法，其中，在所述磁传感器元件(12)内生成磁基准场(B_ref)，该磁基准场(B_ref)在所述样本室内具有可忽视的强度。

16、根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，优选使所述磁传感器元件(12)的传感器信号(u_GMR)内的由所述磁基准场(B_ref)引起的基准分量与其他分量频谱分离。

17、根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，在所述样本室(1)内生成具有第一频率的磁激励场(B)。

18、根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，将所述磁基准场(B_ref)生成为具有第二频率。

19、根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，由所述磁传感器元件(12)的传感器信号(u_GMR)来计算所述磁传感器元件(12)的传感器增益和/或耦合至所述磁传感器元件(12)的处理部件(25，26，27)的增益值特性。

20、根据权利要求19所述的方法，

其特征在于，根据所述磁传感器元件(12)的计算增益值来调整所述磁传感器元件(12)的所述测量。

21、根据权利要求20所述的方法，

其特征在于，通过改变所述传感器信号(u_GMR)的放大率，通过改变提供给所述磁传感器元件(12)的功率和/或通过数字数据处理来调整所述测量。

22、根据权利要求1所述的磁传感器装置或根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述磁基准场(B_ref)在所述样本室(1)内的强度小于其在所述磁传感器元件(12)内的强度的0.01、优选小于它的0.001，最优选小于0.0001。

23、根据权利要求1所述的磁传感器装置或根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述磁传感器元件(12)包括诸如GMR(12)、TMR或AMR元件的磁阻元件。

24、根据权利要求1所述的磁传感器装置在分子诊断、生物样本分析或化学样本分析中的应用。