Наш сайт доступен

на

52 языках

 

Visual Basic Рейтинг сайтов Наука / Образование

Техника и приборы

Магнитные датчики на основе тонкопленочных магниторезисторов.

 

Для определения параметров магнитного поля Земли и определения вектора направления магнитной индукции наибольшее распространение получили специализированные типы тонкопленочных магниторезисторов. Магниторезисторные мосты серии KMZ10. Тонкопленочные магниторезисторные мосты серии KMZ10 выпускаются несколькими зарубежными фирмами. Они характеризуются высокими магнитоэлектрическими параметрами при сравнительно невысокой стоимости. Преобразователь магнитного поля типа KMZ10 состоит из четырех тонкопленочных магниторезисторов, расположенных на одной кремниевой подложке и соединенных в мостовую схему (рис.). Относительная магнитная чувствительность магниторезисторных мостов серии KMZ10, выпускаемых фирмой Philips, составляет 1-27 (мкВ/В)/(А/м); напряжение питания датчика - 5-10 В при токе потребления не более 10 мА. Датчик размещается в стандартном пластмассовом корпусе габаритами 5,2x4,8x1,8 мм. Диапазон рабочих температур для датчиков составляет от -40 до +150 °С. Все включенные в мост магниторезисторы активны, а изменения их сопротивлений в смежных плечах противоположны по знаку при воздействии магнитного поля одной полярности (рис.). Магниторезисторный мост типа KMZ10: а - расположение магниточувствительных элементов; б - электрическая схема При этом изменение сопротивления плеч зависит от значения и полярности индукции воздействующего поля и от угла между вектором индукции и плоскостью магниточувствительного элемента. Преобразователь обладает координатной чувствительностью относительно плоскостей X и Y. Следует, однако, учитывать, что за счет воздействия внешнего «сильного» поля в X направлении навигационный пеленг (азимут) может изменять полярность для всех магниторезисторов, что приводит к перемене знака выходного напряжения Uвых мостовой схемы. Если это поле сохраняется в процессе измерения, то оно ухудшает чувствительность прибора. Кроме того, так как сопротивления магниторезисторов нельзя точно подогнать при изготовлении, то необходимо учитывать и напряжение смещения Uвых, величина которого, как правило, гораздо больше, чем ожидаемое регистрируемое напряжение. Все эти параметры датчика имеют значительный разброс и сильно зависят от температуры. При проектировании аппаратуры эти источники погрешностей могут быть устранены различными способами. Тонкопленочные магниторезисгоры серии Micromag.     Фирма Space Electronics (США) разработала интегральный магнитный датчик типа MMS101 (Micromag), предназначенный для использования в высокочувствительных магнитометрах и навигационных приборах. Устройство этого датчика показано на рис.а, а на рис. б приведена его электрическая схема. Устройство датчика типа MMS101. Электрическая схема прибора типа MMS101 (Micromag) В качестве магниточувствительного элемента датчика типа MMS101 использован тонкопленочный магниторезистор. Для повышения координатной чувствительности прибора МЧЭ снабжен двумя миниатюрными концентраторами магнитного поля, состоящими из двух пермаллоевых полосок. В непосредственной близости от МЧЭ размещается миниатюрный терморезистор, имеющий ТКС, обратный по знаку температурному коэффициенту МЧЭ. Магниточувствительный элемент вместе с концентратором и терморезистором размещаются внутри микроминиатюрной катушки, обеспечивающей компенсацию «паразитного» магнитного поля. Порог чувствительности магниторезисторов серии MMS101 составляет 0,135 нТл при отношении сигнал/шум равном 1. Напряжение питания датчика- 1-2,5 В при токе потребления не более 8 мА. Датчик размещается в пластмассовом корпусе тигл DIP-14 габаритами 7,8x21,1x4,3 мм. Диапазон рабочих температур для датчика находится в пределах от-25 до+100 °С. Магниторезисторные микросхемы серии НМС. Фирмой Honeywell выпускается серия НМС гибридных магниторезисторных микросхем, предназначенных для использования в навигационной аппаратуре. В серию входят несколько типов изделий: НМС 1001, НМС 1002, НМС 1021, НМС 1022, НМС 2002 и НМС 2003. На рис. приведена топология магнито резисторного моста серии НМС. Рис. а  Электрические схемы магниторезисторных ИС: типа НМС 1001 Основу этих приборов составляет тонкопленочный магни- торезисторный мост, напыленный на кремниевую подложку. На этой же подложке размещены две тонкопленочные катушки. Одна из них, Lком, предназначена для компенсации «паразитного» магнитного поля и выбора рабочей точки моста, другая, Lсм, - для модуляции сигнала (см. рис.). Все устройство размещается в стандартном пластмассовом корпусе ИС. Приборы НМС 1001, НМС 1002, НМС 1021, НМС 1022, НМС 2002, НМС 2003 отличаются количеством элементов в одном корпусе и уровнем магнитоэлектрических параметров. Магнитная чувствительность магниторезисторных микросхем серии НМС составляет 10-30 (мВ/В)/мТл. Напряжение питания микросхем - 1-12 В при токе потребления не более 10 мА. Микросхемы размещаются в пластмассовых корпусах габаритами от 5x4x1,8 до 7,8x21,1x4,3 мм. Диапазон рабочих температур ИС находится в пределах от -40...+85 °С до -55...+125 °С. На рис.а приведена электрическая схема ИС типа НМС 1001, которая предназначен для регистрации магнитного поля, направленного вдоль одной оси (X или Y). Микросхема содержит один магниторезисторный мост и две катушки. Одна из них предназначена для компенсации «паразитного» магнитного поля и выбора рабочей точки моста, другая - для модуляции сигнала. Вся конструкция размещается в стандартном пластмассовом корпусе типа SIP-8 с максимальными габаритами 10,3x7,5x2,4 мм. На другом рис. приведена электрическая схема ИС типа НМС 1002, которая от личается тем, что в ней размещается два комплекта тонкопленочных элементов, имеющихся в приборе НМС 1001. Прибор позволяет производить регистрацию магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях, по осям X и Y. Вся конструкция прибора НМС 1002 размещается в стандартном пластмассовом корпусе типа DIP-20 с максимальными габаритами 12,8x7,5x2,4 мм. На рис. в низу приведена упрощенная электрическая схема датчика типа НМС 2003. Магнитный датчик НМС 2003 является более сложным магнитоэлектронным устройством. В его конструкции, выполненной в виде гибридной микросхемы, размещаются по одной ИС типа НМС 1001 и НМС 1002 и четыре операционных усилителя, предназначенных для предварительного усиления сигнала. Этот прибор позволяет производить измерение магнитного поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях, по осям X, Y, Z. Все элементы прибора размещаются на миниатюрной керамической плате с максимальными габаритами 25,5x19,2x12,5 мм. Упрощенная электрическая схема магнитного датчика типа НМС 2003. Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.