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


-ARl

+AR2

Рис. 6.24. Магниторезисторный мост типа KMZ10: а-расположение магниточувствительных

элементов; б - электрическая схема

Относительная магнитная чувствительность магниторезисторных мостов серии KMZ10, вьшускаемых фирмой РЫИрз, 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 серии KMZ10 составляет от 0 до +150 °С [32]. Основные параметры и характеристики мостов KMZ10 приведены в главе 10 тома 2.

Все включенные в мост магниторезисторы активны, а изменения их сопротивлений в смежных плечах противоположны по знаку при воздействии магнитного поля одной полярности (рис. 6.246). При этом изменение сопротивления плеч зависит как от значения и полярности индукции воздействующего поля, так и от угла между вектором индукции и плоскостью магниточувствительного элемента. Преобразователь обладает координатной чувствительностью относительно плоскостей X и У.

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 Ug 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 учитьшать и напряжение смещения Ug , 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. Некоторые из них будут рассмотрены в настоящей главе.

Тонкоплепочные магниторезисторы 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. 6.25, а на рис. 6.26 приведена его электрическая схема [41].

6.4.3. 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 (см. главы 2 и 10. т.2).

Магниторезисторные мосты серии KMZIO

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 четьфех тонкопленочных магниторезисторов, расположенных на одной кремниевой подложке и соединенных в мостовую схему (рис. 6.24).



Компенсационная смещения


Магниточувствительный элемент

Подложка

Магниточувствительный емент

Вывод МЧЭ


Терморезистор

Вывод МЧЭ

Рж. 6.25. Устройство датчика типа MMS101

В качестве магниточувствительного элемента датчика типа MMS101 использован тонкопленочный магниторезистор. Для повьппения координатной чувствительности прибора МЧЭ снабжен двумя миниатюрньп*а1 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 катуппси, обеспечивающей компенсацию паразитного магнитного поля.

Порог чувствительности магниторезисторов серии MMS101 составляет 0,135 нТл при отношении сигнал/шум, равном 1. Папряжение питания датчика - 1-2,5 В при токе потребления не более 8 мА. Датчик размещается в пластмассовом корпусе типа DIP-14 габаритами 7,8X21,1 Х4,3 мм. Диапазон рабочих температур для датчика находится в пределах от -25 до +100 °С.


Рис. 6.26. Электрическая схема прибора типа MMS101 (Micromag) Основные параметры и характеристики магниторезисторов серии MMS101 приведены в главе 24 тома 2.

Магниторезисторные микросхемы серии НМС

Фирмой Honeywell вьшускается серия НМС гибридных магниторезисторных микросхем, предназначенных для использования в навигационной аппаратуре. В состав серии входят несколько типов изделий: НМС 1001, НМС 1002, НМС 1021, НМС 1022, НМС 2002 и НМС 2003. Основные параметры и характеристики приборов данной серии приведены в гааве 24 [56, 67, 73, 74].

На рис. 6.27 приведена топология магниторезисторного моста серии НМС. Основу этих приборов составляет тонкопленочный магниторезисторный мост, напьшенный на кремниевую подложку. На этой же подложке размещены две тонкопленочные катушки. Одна из них Ljq предназначена для компенсации паразитного магнитного поля и выбора рабочей точки моста, другая Lj - для модуляции сигнала (см. рис. 6.27). Все устройство размещается в стандартном пластмассовом корпусе ИС.

МЛ.-ыш:1


Рис. 6.27. Топология магниторезисторного моста серии НМС



Приборы НМС 1001, ПМС 1002, ПМС 1021, ПМС 1022, ПМС 2002, ПМС 2003 отличаются количеством элементов в одном корпусе и уровнем магнитоэлектрических параметров. Основные параметры и характеристики магниторезисторов серии ПМС приведены в главе 24.

Магнитная чувствительность магниторезисторных микросхем серии ПМС составляет 10-30 (мВ/В)/мТл. Папряжение питания датчика - 1-12 В при токе потребления не более 10 мА. Датчики размещаются в пластмассовых корпусах с габаритами от 5X4X1,8 до 7,8X21,1X4,3 мм. Диапазон рабочих температур для датчиков находится в пределах от 0...+85 до -55...+125 °С. б)

I-----Т„ ----п

Un(3>

Общ.(4>


НМС1002

+S/R

<3)-S/R

Рис. 6.28. Электрические схемы магнитных датчиков: а - типа НМС 1001; б - типа НМС 1002


Па рис. 6.28.а приведена электрическая схема датчика типа ПМС 1001. Он предназначен для регистращш магнитного поля, направленного вдоль одной оси (X или Y). Датчик содержит один магниторезисторный мост и две катушки. Одна из них предназначена для компенсащ1и паразитного магнитного поля и выбора рабочей точки, другая - для модулящш сигнала. Вся конструкщы размещается в стандартном пластмассовом корпусе типа SIP-8 с максимальными габаритами 10,3X7,5X2,4 мм.

Па рис. 6.28.6 приведена электрическая схема датчика типа ПМС 1002, который отличается тем, что в нем размещается два комплекта тонкопленочных элементов, имеющихся в приборе ПМС 1001. Прибор позволяет производить регистращпо магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях, по осям X и Y. Вся конструкция прибора ПМС 1002 размещается в стандартном пластмассовом корпусе типа DIP-20 с максимальными габаритами 12,8X7,5X2,4 мм.

---<р-<2)-


>1 >1

I I II II II I I I II II II

-г-t-I 1.4 Л .т-тт

HMC2003 & & 8

Рис. 6.29. Упрощенная электрическая схема магнитного датчика типа НМС 2003



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