Снос зданий:
ecosnos.ru
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.



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