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

Определение направления вектора магнитной индукции, как правило, имеет смысл только в том случае, если оно производится относительно вполне определенной системы координат. В качестве такой системы можно использовать систему, образованную направлениями осей каких-либо объектов или систему физических векторов, расположение которых заранее известно.

Например, при измерении вектора магнитной индукции поля Земли В^используют прямоугольную систему координат, образованную двумя векторами, совпадающими по направлению с географическим меридианом и местной вертикалью, и третьим вектором, перпендикулярньпи к ним.

В этом случае направление В^задается двумя углами: углом между проекцией В^на горизонтальную ось и магнитньпй меридианом (склонение) и углом между В^и местной вертикалью (наклонение).

Весьма часто возникает и другая задача, когда относительно известного направления В требуется определить направление оси объекта. Нри этом в навигации и некоторых других областях практической деятельности для определения направления оси обьгано пользуются азимутом (углом между осью объекта и местной вертикалью).

Оригинальное устройство, позволяющее репштъ эту задачу, описано в работе [7], а конструкция устройства приведена на рис. 6.49.



Рис. 6.49. Устройство для определения направления оси объекта контроля: а - конструкция; б -

расположение осей

Устройство (рис. 6.49) включает в себя четьфе дискретных элемента Холла 1-4. Два из них (1,2) закреплены на карданном подвесе 3 (4 - оси карданного подвеса) и находятся внутри воздупшого зазора магнитной системы 5, жестко связанной с объектом 6, так что направление В перпендикулярно оси объекта. Два других элемента Холла (8, 9) жестко скреплены с концентраторами, перпендикулярньпии их плоскости.

Из рис. 6.49, видно, что концентратор 12 перпендикулярен плоскости элемента Холла 8, а концентратор 11 - плоскости элемента 9. Элементы Холла 1 и 2 жестко связаны немагнитньпи стержнем 7 с элементами 8 и 9.

Нлоскости элементов Холла 1 и 2 и, соответственно, 8 и 9 взаимно перпендикулярны, что достигается путем наклеивания их на смежные грани кубиков 13. Благодаря грузу 10 стержень и, следовательно, плоскости элементов Холла всегда занимают вертикальное положение.

Токовые цепи элементов Холла 1, 8 и 2 включены попарно последовательно и питаются токами Ij и 1 сдвинутьпйи относительно друг друга на угол л/2, то есть если

/j = X sin mt , то J - J X cosa>t

(6.5)

Холловские электроды элементов 1, 2 и 8, 9 тоже соединены последовательно и согласованно, так что, как показано в работе [7], на выходе элементов Холла 1 и 2 имеется суммарная ЭДС, равная

ej - + - кх 1 х В х sin 0 х svti{mt + tp + y)

(6.6)

где ф - угол между В^и проекцией магнитной индукции поля Земли В^ на горизонтальную плоскость; у -угол азимута; к - постоянный коэффициент.



(6.7)

Таким образом, измерив фазометром разность фаз между Cj и е^ можно определить угол у.

Модуль Cj измеряемый милливольтметром, пропорционален синусу зенитного угла ©.Подробнее см. [7].

Элементы Холла находят широкое применение в различных системах ориентации. Для этого специально разработаны ЭХ, регистрирующие магнитное поле в двух или в трех взаимно перпендикулярных осях. При этом первые условно можно назьшать 2-координатными, а вторые - 3-координатными приборами.

Зарубежными фирмами вьшускается широкая номенклатура таких приборов.

В качестве примеров можно назвать 2-координатные ЭХ типа ВН-706 (фирма F. W. Bell) или 3-координатные ЭХ типа ВП-703 (фирма F. W. Bell) и ЗВ-П-Ю (фирма Sentron AG).

Внешний вид и основные параметры указанных датчиков приведены в главе 24.

Более совершенными приборами являются интегральные датчики, реализованные на основе ЭХ. Конструкция таких датчиков, кроме интегрального элемента Холла, содержит схемы предварительного усиления и обработки сигнала.

Примерами интегрального ориентационного датчика могут служить магнитные датчики типа 1490,1525 и 1625, вьшускаемые фирмой Dinsmore Instrament Co. Датчики данной серии размещаются в миниатюрном корпусе и содержат все необходимые элементы. Сигнал на выходе датчика может вьщаваться в аналоговой форме (1525 и 1625) и в цифровой форме (1490).

Папряжение питания датчиков составляет 5В для типа 1525 и 1625 и 5-18 В - для типа 1490 при потребляемом токе до 30 мА. Датчики могут работать при наклоне до 12°относительно поверхности Земли.

Внешний вид и выходная характеристика датчиков типа 1525 приведена на рис. 6.50. Остальные параметры рассмотрены в главе 24 тома 2.

Тип 1525



Рис. 6.50. Датчик типа 1525: а - внешний вид; б - выходная характеристика

Более совершенным вариантом является интеллектуальный датчик магнитного поля Земли типа EMF-01, вьшускаемый нидерландской фирмой Xensor Integration bv [36]. Датчик размещается в пластмассовом корпусе, вьшолненном в виде куба. Внешний вид датчика приведен на рис. 6.51.

E1VIF-01

В корпусе датчика размещаются два кремниевых кристалла размером 4x4 мм, каждый из которых расположен на отдельной гибкой подложке. В кристалле сформированы интегральный элемент Холла и схема усиления и обработки сигнала. Кристаллы размещаются в корпусе датчика под углом 90° друг к другу. В том же корпусе находится и микропроцессор. Папряжение питания датчика - 5 В, ток потребления - не более 3 мА. Датчик может работать при наклоне до 45° относительно поверхности Земли.


Рис. 6.51. Внешний вид датчика магнитного поля Земли типа EMF-01

Поскольку элементы Холла 8 и 9 реагируют на составляющую магнитной индукщш, параллельную осям соответствующих концентраторов, то их суммарная ЭДС равна:



6.4.8. Устройства для определения вектора МП с использованием магнито-

индуктивных датчиков

В последнее время все более пшрокое распространение получают магнитоэлектронные устройства с магнитоиндуктивными датчиками (см. главу 2). Эти устройства обладают высокими магнитоэлектрическими параметрами и эксплуатационньп*ш характеристиками, они компактны и дешевы.

А

Выход


Ш - магнитоиндуктивный датчик

На рис. 6.52 приведена упрош;енная схема включения магнитоиндуктивного датчика в электронную схему магнитоуправляемого генератора импульсов. Эта схема не требует особых пояснений. Частота импульсов на выходе генератора зависит от напряженности управляюш;его магнитного поля. Но суш;еству на выходе такой схемы возникает сигнал, пригодный для цифровой обработки.

Рис. 6.52. Упрощенная схема включения магнитоиндуктивного датчика в электронную схему магнитоуправляемого генератора импульсов

Ведупщм производителем ориентационных магнитоэлектронных устройств на основе магнитоиндукгивных датчиков является фирма Precision Navigation Inc. Она выпускает целый ряд специализированных магнитоэлектронных устройств, предназначенных для использования в 2- и 3-координатных магнитометрах. Среди таких приборов можно отметить Vector-2X, Vector-2GX, ТСМ-2, Wayfinder-VR и др. Внепший вид двух таких устройств приведен на рис. 6.53.

Далее приводим краткие характеристики приборов типа ТСМ-2, Vector-2X, Vector-2GX и Wayfinder-VR.

Электронный модуль компаса ТСМ-2

Представляет собой сочетание 3-координатного магнитометра с 2-координатньпй датчиком наклона. Прибор регистрирует магнитное поле, направленое по любой из трех осей (X, Y, Z) и обеспечивает определение азимута при его наклоне до ±40°. В модуле используются магнитоиндуктивные датчики, 16-разрядные АЦП, микропроцессор и СНЗУ.

Результаты измерений вьшодятся через 10-штырьковый разъем в аналоговой или цифровой форме. В цифровой форме данные последовательно выводятся в двоично-десятичном или двоичном коде на скорости 16 и 30 Гц. Для вывода информации используется стандартный интерфейс RS-232. Прибор размеш;ен на отдельной печатной плате. Максимальные габариты - 63,5X50,8X28 мм, масса - 50 г.

TCM2 WAYFINDER- VR


Рис. 6.53. Внешний вид датчиков типа ТСМ-2 и Wayfinder-VR

Модуль ТСМ-2 предназначен для применения в океанографии, в навигационных приборах водного транспорта и подводных лодок, бакенов, бурового и шахтного оборудования, наземных транспортных средств, авиационной и космической техники, робототехнике, аппаратуре для подводного ориентирования и аппаратуре слежения за миграцией животных. Может работать совместно с GPS системами.

5995



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