Магниторезистивный преобразователь угла поворота в электрический сигнал

 

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве датчика угла поворота. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения температурной нестабильности Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий магнит, источник питания, магниторезистор, усилитель и делитель, дополнительно вводят соответственно соединенные второй магнит, два ключа, компаратор, инвертор и сумматор . Магниторезистор выполняют в виде кольца и снабжают четырьмя дополнительными v двумя основными выводами соответстве нно подсоединяемыми к ключам и усилителю При работе преобразователя формируют основное и дополнительное напряжения , снимаемые с одного магниторезистора, отношение которых не зависит от температурных факторов и пропорционально углу поворота магниторезистора относительно магнитов 2 ил со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (лi)s G 01 В 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

" ММ

Ф и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

С)

Ю V (21) 4689098/28 (22) 03.05,89 (46) 30,12,91. Бюл. № 48 (71) В.Д. Лебедев, Э.А. Барановский и B,В.

Воронцов (53) 531.717.7(088.8) (56) Патент США ¹ 3753202, кл. Н 01 С 7/16. 1973, Авторское свидетельство СССР

N 1364862, кл, G 01 В 7/30, 1988. (54) МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ (57) Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве датчика угла поворота. Цель изобретения — повышение

Изобретение от носится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве датчика угла поворота в следящих системах.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения температурной нестабильности преобразователя путем снятия дополнительного напряжения с того же магниторезистора. что и основное.

На фиг, 1 приведена cxe уа преобразователя; на фиг, 2 — схема делителя (напряжения).

Преобразователь содержит источник

1 питания постоянного тока, усилитель 2 (постоянного тока), инвертор 3 (инвертирующий каскад), делитель 4 напряжения, первый 5 и второй б ключи (анал0говые), компаратор 7, сумматор 8, магниторезистор

9, постоянные магниты 10.

Основные выводы А и А магнитореэистора 9 соединены с первым и вторым Вхо„„SU „„1702171 А1 точности за счет уменьшения температурной нестабильности, Это достигается тем. что в преобразователь, содержащий магнит, источник питания, магнитореэистор, усилитель и делитель, дополнительно вводят соответственно соединенные второй магнит, два ключа, компаратор, инвертор и сумматор. Магниторезистор выполняют в виде кольца и снабжают четырьмя дополнительными и двумя основными выводами, соответственно подсоединяемыми к ключам и усилителю. При работе преобразователя формируют основное и дополнительное напряжения, снимаемые с одно о магниторезистора, отношение которых не зависит от температурных факторов и пропорционально yrny поворота магниторезистора относительно магнитов. 2 ил дами усилителя 2, выход которого соединен с компаратором 7 и вторым входом делителя 4.

Дополнительные выводы Б и Б соединены с входами второго ключа б, выход когорого соединен с вторым входом сумматора 8, дополнительные Выводы В и

Il

 — с входами первого ключа 5, выход которого через инвертор 3 соединен с первым входом сумматора 8, выход которого соединен с вторым входом делителя 4.

Управляющие входы ключей 5 и б через компаратор 7 связаны с выходом усилителя

2. Выход делителя 4 напряжения является выходом преобразователя. Вывод Г магнитореэистора 9 соединен с одним выводом источника 1 постоянного тока, вывод à — с другим его выводом.

Сумматор 8 реализован таким образом, что сигнал X на выходе формируется иэ

Входных сигналоВ У1 и У2 по праВилу;

X = У) — 5Y2.

1702171

10

Он может быть реализован на операционных усилителях, а умножение на 5 обеспечивается соответствующим выбором резисторов.

Делитель 4 (напряжения) может быть реализован, например, следующим образом (фиг. 2) и содержать компаратор 11, цифроаналоговый преобразователь 12 (ЦАП), вентиль 13, генератор 14 импульсов, реверсивный счетчик 15, выходной регистр 16.

Второй вход делителя 4 напряжения соединен с первым входом компаратора 11, второй вход которого соединен с выходом

ЦАП 12. Первый вход делителя 4 напряжения соединен с вторым входом ЦАП 12, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 15 и входом выходного регистра 16. Выход компаратора 11 соединен с первым входом вентиля 13, второй вход которого соединен с выходом генератора 14 импульсов. Первый и второй выходы вентиля 13 соединены с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика 15 соответственно. Выходом делителя

4 напряжения является выход регистра 16.

Преобразователь работает следующим образом.

Магнитная цепь образуется двумя постоянными магнитами, выполненными е виде секторов в 90О, закрепленных на оси вращения магниторезистора. При вращении магнита магнитный поток перемещается вдоль магниторезистора, изменяя сопротивление последнего относительно

1 11 выводов питания Г и Г, что приводит к изменению напряжения на выходе преобразователя в функции угла поворота.

Напряжение с основных выводов А -А" поступает на усилитель 2, который е рабочем диапазоне перемещений через компаратор 7 управляет ключами 5 и 6. При повороте оси магнитореэистора 9 по часо.вой стрелке компаратор 7 подключает через управляющие входы аналоговых ключей 5 и

6 выводы В, и б . магниторезистора 9 к входам сумматора 8, При повороте против часовой стрелки оси магниторезистора 9 компаратор 7 подключает через управляющие входы аналоговых ключей 5 и 6 выводы

l Ю

Б. и В магнитореэистора 9 к входам сумматора 8. На выходе усилителя 2 образуется основное напряжение Uo, на выходе сумматора 8 — дополнительное 0д, отношение которых не зависит от температурной нестабильности окружающей среды.

Принимая, что ток, протекающий через магнитореэистор 9, равен

Un ьтк+15

55 где Un — напряжение питания магнитореэистора;

Ro — сопротивление участка магнитореэистора вне действия магнитного поля;

К вЂ” коэффициент магниторезистивного отношения, можно показать, что при алгебраическом сложении в сумматоре 8 его входных сигналов с коэффициентами +1 и -5 (на первом и втором входе) .— )

45 (К+1)

К вЂ” 1

u, t- — —;- u.. где а- угол поворота.

Таким образом, отношение Uo/Uä не зависит от температуры окружающей среды и пропорционально углу поворота а.

Для идентификации угла поворота можно использовать АЦП (фиг, 2), работающий следующим образом.

На первый вход компаратора 11 поступает сигнал с основных выводов А.— А. магниторезистора 9, на второй его вход— сигнал с выхода ЦАП 12. Эти сигналы сравниваются и в результате вырабатывается сигнал на выходе компаратора 11, который через вентиль 13 управляет работой реверсивного счетчика 15, При одном знаке сигнала тактовые импульсы с генератора 14 импульсое поступают на вход сложения, а при другом — на вход вычитания. Схема стремится к равновесию, при котором ошибка между сигналами на первом и втором входах компаратора 11 будет минимальной.

В качестве опорного (0оп) напряжения для работы ЦАП 12 используется сигнал с дополнительных выводов магниторезистора 9, Поскольку магниторезистор 9 находится е одном температурном режиме и изготовлен из однородного материала, то деля сигнал 0о на 0д, исключаются температурноэависимые коэффициенты К, и на выходе делителя 4 напряжения вырабатывается код, зависящий от угла поворота магнитов

10 относительно магниторезистора 9, Сигнал с выхода делителя напряжения снимается с выходного регистра 16, Формула изобретения

Магниторезистивный преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий первый постоянный магнит, источник питания, магниторезистор, выводы питания которого соединены с источником питания, усилитель и делитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй постоянный магнит, два ключа, компаратор, инвертор и сумматор, магниторезистор выполнен в виде кольца, выводы питания расположены диаметрально противоположно, у магниторезистора выполнены четыре дополнительных вывода. расположенных попарно симметрично относительно выводов питания и смещенных на углы + ЗОО, и два основных вывода, расположенных диаметрально противоположно и смещенных относительно выводов питания на 90О, постоянные магниты выполнены одинаковыми в виде секторов с углом 90 и расположены симметрично относительно оси магниторезистора, дополнительные выводы, расположенные у положительного и отрицательного

5 выводов питания, соединены с входами первого и второго ключей соответственно, а основные выводы — с входом усилителя, выход первого ключа через инвертор и выход вто10 рого ключа соединены с входами сумматоров, а выход сумматора — с первым входом делителя. второй вход которого соединен с выходом усилителя и входом компаратора, выходы которого соединены с управляющи15 ми входами ключей.

1702171 фО8 Х

Составитель К.Молчанов

Техред М,Моргентал

Корректор M,Êó÷åðÿâàÿ

Редактор Л,Народная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,ул.Гагарина, 101

Заказ 4534 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5