Датчик магнитного поля

 

Союз Соаетсннх

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ (ii>855559 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.з (22) Заявлено 040679 (21) 2775723/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

6 01 R 33/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1508,81, Бюллетень № 30 (53) УДК 621. 317. .44(088 ° 8) Дата опубликования описания 1 0881 (72) Авторы изобретения

Л. H. Карпиловский, N.Е. Сахин и С.И. Раскин

4, It с р с. с . / (7.1) Заявитель (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к магнитным измерениям.

Известен датчик магнитного поля, действие которого основано на эффекте магнитосопротивления. Датчик выполнен в виде диска из полупроводникового материала 1 .

Недостаток датчика заключается в

его невысокой точности. о

Наиболее близким к предложенному является датчик, который предназначен для измерения вертикальной составляющей магнитного поля. Этот датчик содержит чувствительный элемент с электродами, магнитная ось которого постоянно ориентируетСя по вертикали с помощью маятника, укрепленного в системе карданова подвеса. На маятнике. укреплены также компенсационный магнит и система демпфирующих магнитов, 2О перемещающихся при колебаниях маятника в непосредственной близости от неподвижно закрепленной проводящей поверхности (тар алка из отожженной меди) Ã23.

Недостаток известного датчика заключается в его невысокой точности.

Цель изобретения — повышение точности измерений. 30

Цель достигается тем, что в датчике магнитного поля, содержащем полупроводниковый чувствительный элемент с двумя электродами и систему демпфирования, чувствительный элемент выполнен в виде шара, на наружной поверхности которого по образующей диаметральной плоскости нанесен опоясывающий слой проводящего материала, а перпендикулярно диаметральной плоскости по радиусу шара, выполнен сквозной канал, при этом один электрод закреплен на опоясывающем слое проводящего материала, а второй электрод размещен в сквозном канале и жестко закреплен в центре шара.

На фиг. 1 изображен .датчик; на фиг. 2 — принцип действия датчика.

Датчик представляет собой чувствительный элемент в виде шара 1, выполненный из полупроводникового материала, обеспечивающего эффект магнитосопротивления, на наружную поверхность которого в виде пояса нанесен тонкий слой проводящего материала 2.

Проводник, закрепленный на этом слое, является одним электродом 3. Другим электродом 4 является проводник,закP. репленный в центре шара 1 в канале

855559!

15

25

55

5 и изолированный от его стенок изолятором б. Нижняя часть 7 шара 1 выполнена из материала с большим удельным весом и выполняет роль груза.Шар

1 целиком погружен свободноплавающим в жидкость 8, которая заключена в закрытом корпусе 9.

Предполагают, что датчик помещен во внешнее магнитное поле и его вертикальная составляющая Й приложена в точке 0 — центре шара 1. Рассматривают часть шара 1, ограниченную по ее поверхности слоем проводника в виде пояса, а снизу и сверху условными сечениями 10 и 11 (на фиг. 2 — заштрихованная область).Эту область разбивают .на большое число дисков Корбино и рассматривают любые два из них, например, граничные диски 12 и 13, лежащие в разных плоскостях.

Максимальный эффект магнитосопротивления наблюдается в диске Корбино в направлении, перпендикулярном току, поэтому диск 12 может регистрировать не величину вертикальной составляющей Й, а величину ее проекции Н на найравление OL<, которое перпендикулярно плоскости диска 12, и следовательно, перпендикулярно току в нем.

Аналогично, диск 13 может регистрировать величину проекции Й на направление OL<. Если рассмотреть другие диски Корбино, на которые разбита область, то можно придти к выводу, что каждый из них регистрирует величину проекций одного и того же вектора Й> на различные направления. Если устремить число таких дисков к бесконечности и принять во внимание,что все они включены квазипараллельно (у них один общий электрод — центральный, а в качестве другого служит слой проводящего материала, нанесенный на боковую поверхность сферы),то в результате получают интегральный эффект, т.е. регистрацию величины вертикальной составляющей Й . Так как сопротивление полупроводника пропорционально зависит от величины Hz, то измеряя его, можно определить величину вертикальной составляющей.Используя описанный датчик, можно получать результаты, которые не зависят от его угловых перемещений в пространстве,. вызванных различными случайными воздействиями. Это объясняется следующими факторами.

ДаТчик инвариантен к малым угловым перемещениям относительно вертикального направления OZ (фиг.2). Это объясняется следующим образом. ПредпоЛагают, что в результате малого углового перемещения L направление OL> занимает положение OZ. Если до этого диск 13 регистрировал проекцию Н> то теперь уже он регистрирует не Н а величину искомой вертикальной составляющей Й, Аналогично можно было

50 бы указать любой другой диск, который при повороте на определенный угол регистрирует величину искомой вертикальной составляющей Й . Поскольку число таких дисков в пределе бесконечно и все они включены как бы параллельно, то в результате получается интегральный эффект, т.е.регистрация величины искомой вертикальной составляющей Й . Под малыми угловыми перемещениями понимаются перемещения п,, которые численно не превосходят величину угла раствора сС,, т.е. дол>хно выполняться условие с6 с6, !

Для того, чтобы обеспечить выполнение условия d 6<6„, чувствительный

\ элемент полностью погружен свободноплавающим в жидкость, которая выполняет роль демпфера и гасит (хотя и не до конца) возникающие из — за случайных воздействий динамические колебания. Так как чувствительный элемент выполнен в виде шара, то сопротивле ние трения в жидкости при этом мини— мальное. Нижняя часть шара 7 играет двоякую роль: во-первых, она дополнительно демпфирует динамические колебания чувствительного элемента, а во-вторых, благодаря ей при статических угловых перемещениях чувствительный элемент все время занимает положение, при котором направление совпадает с вертикалью.

Таким образом, принцип построения датчика и меры по стабилизации его положения в пространстве позволяют измерять вертикальную составляющую магнитного поля, полностью исключая при этом влияние случайных воздействий на результаты измерения. Это позволяет повысить точность, отказаться от сложного анализа результатов измерения с помощью методов теории случайных процессов, сократить время, необходимое для измерения, и получать более достоверную информацию о величине вертикальной составляющей магнитного поля.

Формула изобретения

Датчик магнитного поля, содержащий полупроводниковый чувствительный элемент с двумя электродами и систему демпфирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, чувствительный элемент выполнен в виде шара, на наружной поверхности которого по образующей диаметральной плоскости нанесен опоясывающий слой проводящего материала, а перпендикулярно диаметральной плоскости по радиусу шара выполнен сквозной канал, при этом один электрод закреплен на опоясывающем слое проводящего материала, а второй

855559 фаз. 2

ВНИИПИ Заказ 6900/64 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 электрод размещен в сквозном канале и жестко закреплен в центре шара.

Источи и ки и нфор маци и,. принятые во внимание при экспертизе

1. Викулин И.M. и др. Полупроводниковые датчики. М.,"Советское радио,"

1975, с. 72-75.

2. Афанасьев Q.B., Феррозонды, Л., "Энергия", 1969, с. 131.