|
|
Главная Микромагнитоэлектроника: направление технологии
1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
Таблица 2.1. Определения основных параметров и терминов, общих для преобразователей магнитного поля Наименование параметра, термина. | Условное обозначение (альтернативное обозначение) | Единица измерения | Определение | Номинальное напряжение питания | (Un.hom) | В | Постоянное напряжение, приложенное к входным выводам преобразователя при котором обеспечиваются его номинальные параметры при длительной работе. | Номинальное значение тока управления | lyaHOM (Iihom) аш) aw | | Значение тока управления, протекающего через преобразователь при номинальном напряжении пигаания. Это такое значение тока, протекание которого через магниточувствительный элемент, расположенный в среде неподвижного воздуха, не вызывает его нагрева выше чем на 10...15 °С температуры окружающей среды. | Максимальное значение тока управления | Туамакс aiMaJ | | Максимальный ток управления при котором возможна длительная работа преобразователя. Максимально допустимое значение тока управления в значительной степени определяется условиями эксплуатации ПМП, т.е. условиями теплоотвода и температурой окружающей среды, а также максимально допустимой температурой нагрева магниточувсгвительного элемента. | Максимальная электрическая мощность, рассеиваемая преобразователем. | макс (P,o,) | мВт (Вт) | Мощность при которой отклонение параметров преобразователя от номинальных значений не превышает установленных пределов при длительной работе. | Номинальное значение индукции управляющего магнитного поля. | Bhom(B) | мТл (Тл) | Предельное значение индукции управляющего магнитного поля при котором гарантируется заданная линейность преобразования. | Магнитная чувствительность преобразователя магнитного поля по току. | ъ | В/Тл (мВ/мТл) | Отношение выходного тока сигнала преобразователя к значению номинальной индукции: у I = Ijhxhom | Магнитная чувствительность преобразователя магнитного поля по напряжению. | (Su) (Kbo) | В/Тл (мВ/мТл) | Отношение напряжения выходного сигнала преобразователя к значению номинальной индукции: Yu=Ujhx/B | Относительная магнитная чувствительность преобразователя магнитного поля по току. | Ъ (Si) (S ) (S) (Sb) | % / Тл | Определяется по формуле: Y ю = [(1о) х ( ТвыхВ)] х 100 где 1о - ток через ПМП при В=0; IjHx =А1= 1в - 1о> 1в - ток через преобразователь при В=Вном | Температурный коэффициент магнитной чувствительности | (TCv2o) | %/град | Коэффициент, определяемый как: ТВС^ =(100/7Т|,) х (Ду/ДТ) ГдеуГ магнитная чувствительность при нормальной (комнатной) температуре, Ду - изменение чувствительности, ДТ - изменение температуры. | Удельная магнитная чувствительность преобразователя магнитного поля. | Ууд (У (20)) | В/Тл*А | Отношение магнитной чувствительности у к значению номинального управляющего тока Ууд = у /(Ii * B J | Максимальное значение индукции управляющего магнитного поля (Динамический диапазон по индукции) | Вмакс | Тл (мТл) | Максимальное значение индукции управляющего магнитного поля при котором нелинейность преобразования не превышает установленной в паспорте нормы. Определяется графическим путем по энергетической характеристике чувствительности ПМП, как \] = F (В). | Минимальное значение индукции управляющего магнитного поля. | В мин | Тл (мТл) (Kix:) (re) | Минимальное значение индукции магнитного поля регламентируется требованиями технической документации на ПМП или определяется по формулам: B=2Uo/y B = 2Io/Yi Где, Uq - напряжение на выходе ПМП при В = 0; Iq - ток на выходе ПМП при В=0; Yu и Yi магнитная чувствительность по току или напряжению соответственно. | Предельная рабочая частота | | Гц (кГц) (МГц) | Предельная частота синусоидально модулиро-ванного магнитного потока, при котором чувсгви-тельносгь ПМП падает до значения 0,707 от чувствительности при немодулированном потоке. |
Таблица 2.1. Определения основных параметров и терминов, общих для преобразователей магнитного поля (продолжение) Наименование параметра, термина. | Условное обозначение (альтернативное обозначение) | Единица измерения | Определение | Предельный интервал индукций управляющего магнитного поля | макс (тах) | Тл мТл (кгс) (гс) | Максимальное значение индукции магнитного поля при котором нелинейность преобразования не превьппает установленной в паспорте нормы. Определяется графическим путем по энергетической харакристике ПМП в рабочем диапазоне индукций управляющего магнитного поля от -В^кс ДО +В икс | Порог чувствительности | | | Среднее квадратическое значение первой гармоники действующего на МЧЭ модулированного магнитного потока, при котором среднее квадратическое значение первой гармоники напряжения (тока) сигнала МЧЭ равно среднему квадратическому значению напряжения (тока) шума в заданной полосе на частоте модуляции потока | Обнаружительная способность | | | Величина, обратная порогу чувствительности В^: D = 1/ В^ | Порог чувствительности в единичной полосе пропускания | | Тл X Гц - | Порог чувствительности преобразователя магнитного поля, приведенный к единичной полосе часшт усилителя сигнала МЧЭ. Порог чувствительности определяет минимальный уровень магнитного излучения, регистрируемый преобразователем магнитного поля при отношении сигнал/шум, равном единице.Вп! = Вп / Д£ | Нелинейность характеристики преобразования | ДР (Flin) (L) | | Нелинейность ДР характеристики определяется из выражения по энергетической характеристике чувствительности, как: АР=(еЛ:вых.макс) X 100) где UjHx зи; напряжение на выходе ПМП при В = В^ е - отклонение Ux от условной прямой определяемой, как и^й | Интервал рабочих температур | Траб (Та) | | Интервал рабочих температур окружающей среды, при котором гарантируются параметры преобразователя. | Предельная температура | пред Cstg) | С Ск) | Температура при которой не наступает отказ преобразователя, но не гарантируются основные параметры прибора. | Тепловое сопротивление конструкции преобразователя | (G,b) | Вт/ с (Вт/°К) | Показатель, который характеризует конструкцию ПМП и определяется по формуле: X = Р ,кс / ( Т^кс - Тд ) Где -Т^икс, Тд - предельная и рабочая температура преобразователя; Рмакс максимально допустимая мошрость, расссеиваемая преобразователем. |
Примечание. При разработке высокочувствительной аппаратуры для регистрации магнитных полей наиболее существенными являются пороговые характеристики МЧЭ. В настоящее время практически не существует стандартных терминов, определяющих пороговые характеристики. Однако, по аналогии с другими приборами, регистрирующими электромагнитные излучения, например, в оптическом диапазоне, в табл. 2.1 приведены возможные варианты [5, 24, 51, 53, 67, 70]. в зависимости от режимов работы ПМП, согаасно О. К. 5й)мерики. [67], магнитоэлектронные устройства можно условно разделить на три группы. Назначением ПМП первой группы является индикация магнитной индукции. Функция преобразования может быть нелинейной, однако чувствительность ПМП к магнитному полю должна быть по возможности более высокой. В данной группе устройств используются элементы Холла, магниторезисторы, магнитодиоды, ГМР преобразователи и магнитотранзисторы, причем нельзя однозначно сказать, что какой-либо из этих преобразователей более предпочтителен. Вопрос выбора конкретного вида преобразователя решается на основании сопоставления функционального назначения магнитоэлектронного устройства, а также конструктивных, технологических, экономических и других, соображений. К первой группе магнитоэлектронных устройств относятся: бесконтактные реле; индикаторы положения перемещающихся объектов; бесконтактные клавиши для ручного ввода информации; преобразователи утла поворота типа угол-код ; бесколлекторные двигатели постоянного тока; считываюпще элементы в твердотельных запоминаюп5Их, переключаюп5их и логических устройствах, используюп5Их цилиндрические магнитные домены, бесконтактные коммутаторы и др. Ко второй группе относятся магнитоэлектронные устройства, в которых преобразователи магнитного поля служат для измерения магнитной индукции, воздействующей на них. В этом случае выходной сигнал ПМП должен быть прямо пропорционален значению магнитной индукции. Последнее требует линейности функции преобразования. Исходя из свойств ПМП, наиболее предпочтительным для этой группы является использование элементов Холла, а также магниторезисторов и ГМР преобразователей.
к этой группе магнитоэлектронных устройств относятся измерители напряженности магнитных полей; измерители электрических токов и напряжений; измерители очень малых перемещений; устройства для магнитодефектоскопии; воспроизводящие магнитофонные головки; головки для считывания информации, записанной на магнитных носителях, и др. К третьей группе относятся устройства, в которых используется свойство ПМП служить аналоговым перемножителем двух подаваемых на его вход электрических сигналов. Перемножительные свойства ПМП эффективно используются при построении аналоговых математических блоков, реали:5тощих помимо операции перемножения двух величин также операции возведения в степень, извлечения корня, деления. К этой же группе относятся измерители электрической мощности и энергии; измерители механической мощности; измерители электромагнитной мощности электрических машин; смесители и преобразователи частот; анализаторы периодических и случайных процессов и др. [67]. 2.1. Элементы Холла Элементы Холла, часто называемые датчиками Холла , являются самыми распространенными преобразователями магнитного поля. Действие этих элементов основано на эффекте Холла, который заключается в возникновении поперечной разности потенциалов при прохождении электрического тока в поперечном ему магнитном поле . Элемент Холла представляет собой пластину из полупроводникового материала толщиной d, по четьфем сторонам которой расположены контакты. Контакты 1 и 2 называются токовыми, а контакты 3, и 4 выходными или измерительными (иногда эти контакты называют холловскими) - см. рис. 2.5.
Рж. 2.5. К пояснению принципа работы элемента Холла (2.3) Принцип действия элемента Холла объясняется следующим образом. Через контакты 1 и 2 пропускают управляющий ток I , а с контактов 3 и ,4 снимают напряжение Холла (Vh).. В общем виде вьфажение для напряжения Холла (Vj) должно быть записано, как К^ = (?я/)ха Х^),В/АхТл где Rjj - постоянная Холла (коэффициент Холла); d - толщина элемента; I - ток управления; индукция воздействующего магнитного поля. Постоянная Холла определяется, значением Rjj = l/qp или где R - постоянная Холла для дьфок; R - постоянная Холла для электронов; q - заряд электрона; р - концентрация дьфок; п - концентрация электронов. (2.4) (2.5) Определения специфических параметров и термины, используемыех при описании работы элементов Холла, приведены в табл. 2.2.
|
|
|