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


Рис. 6.30. Внешний вид датчика НМС 2003

Магнитный датчик НМС 2002 тоже выполнен в виде гибридной микросхемы. Он содержит два магниторезисторных моста и два комплекта операционных усилителей. Этот прибор предназначен для измерений параметров магнитного поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях, по осям X, Y и Z.

6.4.4. Ориентационные датчики с применением магниторезисторов

Простейшие варианты устройств для определения вектора магнитного ноля

На рис. 6.31 приведена схема простейшего магнитометра с использованием магниторезисторного датчика типа MMS101. Магнитометр имеет достаточно острую ориентационную характеристику[41].


В

4 -о

DA1 - инструментальный усилитель АМР-04 или 1NA-118. R2,R6 - многооборотные проволочные подстроечные резисторы. С1,С2 - керамические конденсаторы. R8 - магниторезистор MMS101. R9 - терморезистор MMS101.

ВЫХ

о

Общий

Рис. 6.31. Схема простейшего магнитометра на основе датчика MMS101, рекомендованная фирмой

Space Electronics

В качестве основного активного элемента в схеме (рис. 6.31) использован малошумящий инструментальный усилитель типа АМР-04, вьшускаемый фирмой Analog Devices.

Магниторезистор R8 включен в мост, образованный резисторами R1, R2, R3, R9+R6. Нри этом терморезистор R9 служит для компенсации изменения сопротивления магниторезистора R8 при изменении температуры окружающей среды.

На рис. 6.29 приведена упрощенная электрическая схема датчика типа НМС 2003. Магнитный датчик НМС 2003 является более сложньпи магнитоэлекгронньпи устройством. В его конструкщ1и, вьшолненной в виде гибридной микросхемы, размещаются по одному датчику 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.

Внеппшй вид датчика НМС 2003 приведен нарис. 6.30. Все элементы прибора размещаются на миниатюрной керамической плате с максимальньпии габаритами 25,5X19,2X12,5 мм.



Сопротивление резистора R6 выбирается из следующего отношения:

R6 = -KxR9 (6 4)

где ад - температурный коэффищ1ент магниторезистора R8 (0,24% на 1 °С); а^д - температурный коэффшщент терморезистора R9 (0,3% на 1 °С); - температурный коэффшщент резистора R6.

В качестве резисторов R2 и R6 используются проволочные многооборотные подстроечные резисторы типа СП5-3 (ТКС - 0,05% на 1 °С), а в качестве конденсаторов С1 и С2 - керамические конденсаторы с малым током утечки и малым ТКС. Паразитное магнитное поле компенсируется подачей соответствующего напряжения на катушку смещения (вьшоды 3,4).

Вместо инструментального усилителя АМР-04 лучше использовать интегральную микросхему типа INA-118Р, производимую фирмой Вот Brawn. Этот усилитель отличается минимальным током потребления (менее 0,5 мА) и меньшим уровнем напряжения собственных шумов [21, 43, 57].

По утверждению фирмы Space Electronics, такой магнитометр регистрирует магнитные поля в диапазоне от 0,135 до 65X10нТл и может использоваться в навигащюнных приборах [41].

Па рис. 6.32 приведена схема простейшего определителя направления на локальный источник магнитного поля. Определитель направления реализован с применением двух отечественных тонкопленочных магниторезисторов типа Ав-2, без концентратора [8].

+Un(9B)

В


Чувствительно сть'

VT1 - КПС104Г DA1 - операционный усилитель КР140УД14

Рис. 6.32. Электрическая схема простейшего определителя направления на локальный источник магнитного

поля, реализованного с применением тонкопленочного магниторезистора типа Ав-2

Датчик магнитного поля (рис. 6.33) состоит из двух магниторезисторов (R1, R2), размещенных на массивном (толщиной 5 мм) медном основании с целью компенсации быстрых изменений температуры и, следовательно, теплового дрейфа параметров МЧЭ.

Магниторемстор 1 Магниторемстор 2

Рис. 6.33. Датчик магнитного поля: а -схема размещения магниторезисторов; б -компенсирующий (поворотный) магнит

Поворотный агнит


Вместе с подстроечным резистором R3 (рис. 6.32) датчик представляет собой измерительный мост постоянного ток. Резистор R3 служит для начальной балансировки моста. Точную магнитную балансировку моста вьшолняют поворотом миниатюрного постоянного магнита (рис. 6.336), размещенного вблизи одного из магниторезисторов. Ручка поворота магнита вьшодится на лицевую панель устройства.

При изменении направления магнитного поля происходит разбаланс моста R1, R2, R3 и на его выходе появляется сигнал разбаланса, поступающий на вход операционного усилителя DA1. С выхода усилителя DA1 сигнал поступает на светодиод оптрона U1, что вызывает изменение сопротивление фоторезистора. Фоторезистор, в свою очередь, входит в состав второго моста, образованного резисторами R7-R10. Папряжение в диагонали этого моста измеряется транзисторным милливольтметром (VT1.1, VT1.2, РА1). Таким образом, показания микроамперметра РА1 регистрируют напряженность и направление магнитного поля.



Знак отклонения стрелки прибора соответствует знаку изменения полярности магнитного поля.

Применение оптрона U1 связано с тем, что в этом случае за счет гальванической развязки значительно упрощается процесс симметрирования выходного сигнала. До монтажа устройства снимается выходная характеристика оптрона с целью выявления линейного участка. Затем подстроечным резистором R5 устанавливается рабочая точка на середине линейного участка.

В качестве подстроечных резисторов R3, R5, R7, R14 использованы проволочные многооборотные потенциометры типа СП5-3. Переменным резистором R4 регулируют чувствительность устройства. Этот резистор спарен с вьпслючателем питания, его ручка выведена на переднюю панель. Поминальное сопротивление резистора R16 подгоняют при выборе пределов измерения прибора. В качестве измерительного прибора РА1 применяется микроамперметр типа М247 с током полного отклонения 50-0-50 мкА.

Определитель направления питается от батареи типа Крона . Он размещается в пластмассовом корпусе габаритами 85X70X30 мм. Масса прибора в не превьппает 100 г.

Точность прибора невысока, но при его помощи можно демонстрировать принцип определения направления магнитного поля Земли. Этот прибор может использоваться и для обнаружения скрытой проводки.

Магнитную чувствительность описанного устройства можно значительно улучшить, если вместо дискретных магниторезисторов Ав-2 использовать тонкопленочный магниторезисторный мост из серии KMZ10.

Па рис. 6.34 приведена конструкция магнитного датчика направления с использованием моста типа KMZ10. Мост размещается внутри компенсационной катушки и закрепляется в ней при помощи эпоксидного компаунда.

Мост KMZ10


Компенсационная катушка

Измеряемое поле

Рис. 6.34. Устройство магнитного датчика с мостом KMZ10

Компенсационная катушка содержит 800-1000 витков провода диаметром 0,07-0,1 мм. Сопротивление катушки - 50-150 Ом. Питание катушки осуществляется от отдельного источника питания с напряжением ±2 В. При этом принципиальная электрическая схема (рис. 6.32) прибора меняется незначительно. Магнитная балансировка прибора осуществляется в этом случае не постоянньпи магнитом, а переменньпи резистором R2.

-2Вр g+2B


Чувствительность

. . VTl - КПС104Г

DAI - операционный усилитель КР140УД14

Рис. 6.35. Измененная электрическая схема простейшего определителя направления

Магнитная чувствительность измененного устройства (рис. 6.35) вполне достаточна для определения направления МПЗ по одной из осей - X или Y. Недостатком данного устройства является заметная зависимость основных параметров от изменения температуры окружающей среды.



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