×
20.06.2015
216.013.56c2

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков и предназначено для использования в магнитометрических информационно-измерительных системах. При реализации способа измерительный мост запитывают повышенным питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем. Регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы. 3 ил., 1 табл.
Основные результаты: Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков, по которому создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение на магниторезистивный датчик, представляющий собой измерительный мост, отличающийся тем, что измерительный мост запитывают повышенным относительно установленного значения питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем, которое генерируют плоской катушкой индуктивности, расположенной в непосредственной близости от магниторезистивного датчика и связанной с ним магнитной связью, далее регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы управления и увеличивают показатель чувствительности за счет увеличения приращения выходного напряжения магниторезистивного датчика.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электронной измерительной техники и предназначено для использования в составе магнитометрических информационно-измерительных систем в качестве датчика, регистрирующего индукцию и/или напряженность магнитного поля.

Известен магниторезистивный датчик с нечетной статической вольт-эрстедной характеристикой (патент РФ №2185691, кл. H01L 43/08, 16.02.2001), содержащий четыре тонкопленочные магниторезистивные полоски из ферромагнитных сплавов, объединенные в мостовую схему, и проложенный над ними через изолирующий слой управляющий проводник, магниторезистивные полоски имеют поперечно ориентированные оси легкого намагничивания, сориентированы в одном направлении своей длиной от начала к концу, электрическими проводниками соединены начало первой полоски и конец четвертой, начало второй и конец третьей, начало третьей и конец первой, начало четвертой и конец второй, а управляющий проводник проложен поперек полосок: по направлению ориентации осей легкого намагничивания в первой и второй полосках, и противоположно - в третьей и четвертой полосках.

Основным недостатком аналога является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.

Известно также устройство для контроля положения (патент РФ №2016373, кл. G01B 7/00, 15.07.1994), содержащее установленный с возможностью перемещения источник постоянного магнитного поля, магниторезистивный датчик, выполненный в виде четырех магниторезисторов, имеющих форму плоских меандров и размещенных на общей диэлектрической подложке, измерительный мост, в плечи которого включены магниторезисторы, присоединенный к одной диагонали моста источник питания постоянного тока и подключенный к другой его диагонали блок обработки сигналов, магниторезисторы выполнены из пермаллоевой пленки, источник магнитного поля размещен в общей плоскости с подложкой, магниторезисторы хотя бы в одной из ветвей моста размещены на расстоянии один от другого, выбранном в зависимости от их габаритных размеров, магнитных параметров пленки и источника магнитного поля, а блок обработки сигналов выполнен в виде пороговой схемы.

Основным недостатком аналога также является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ, реализованный магниторезистивным датчиком (патент РФ №2495514, кл. H01L 43/08, 03.05.2012), содержащим мостовую измерительную схему из четырех магниторезисторов, сформированных из пленки ферромагнитного металла. Согласно способу проводниками перемагничивания, сформированными из пленки немагнитного металла, создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение магниторезистивному датчику. На проводнике управления сформирован дополнительный слой из такого же ферромагнитного металла, что и магниторезисторы.

Основным недостатком аналога также является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.

Задача изобретения - повышение точностных характеристик магниторезистивных датчиков и расширение сферы их применения.

Технический результат - повышение показателя чувствительности магниторезистивных датчиков за счет применения системы питания повышенным напряжением и устройства подмагничивания.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение на магниторезистивный датчик, представляющий собой измерительный мост, согласно изобретению измерительный мост запитывают повышенным, относительно установленного значения, питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем, которое генерируют плоской катушкой индуктивности, расположенной в непосредственной близости от магниторезистивного датчика и связанной с ним магнитной связью, далее регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы управления и увеличивают показатель чувствительности за счет увеличения приращения выходного напряжения магниторезистивного датчика.

Сущность способа повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков поясняется чертежами. На фиг.1 изображена блок-схема способа. На фиг.2 изображен график функции напряжения питания магниторезистивного моста от времени. На фиг.3 изображены временные диаграммы управляющих и коммутируемых через устройство подмагничивания токовых импульсов.

Пример конкретной реализации способа.

Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков осуществляется посредством устройств цифровой системы управления 1, соединенной с устройством подмагничивания 2 и устройством управления питанием 3, которые связаны с магниторезистивным датчиком 4.

В начальный момент времени посредством цифровой системы управления 1 подают электрический сигнал в устройство управления питанием 3. На диагональ питания моста (магниторезистивный датчик 4) подают повышенное напряжение, после этого подают сигнал в устройство подмагничивания 2, которое создает магнитное поле в плоской катушке индуктивности, связанной с магниторезистивным датчиком 4 магнитной связью, после чего регистрируют выходное напряжение магниторезистивного датчика 4 и выключают напряжение питания измерительного моста (магниторезистивного датчика 4).

Напряжение, снимаемое с измерительной диагонали моста, определяется выражением (1).

где U - напряжение, снимаемое с измерительной диагонали моста;

R1, R2, R3, R4 - сопротивления плеч моста;

U0 - напряжение питания моста.

Из выражения (1) видно, что при увеличении напряжения питания моста U0 в силу прямопропорциональной зависимости увеличивается приращение напряжения U, что по определению увеличивает чувствительность магниторезистивного датчика. Одновременно с этим увеличение U0 согласно закону Ома приводит к повышению тока I, протекающего через измерительный мост, а следовательно согласно выражению (2) - к повышению выделяемой тепловой мощности, которая строго регламентирована.

где U0 - напряжение питания моста;

P - мощность, выделяемая мостом;

I - электрический ток, протекающий через плечи моста.

Таким образом, с целью повышения показателя чувствительности применяется импульсный характер питания повышенным относительно установленного напряжением, удовлетворяющего выражению (3), как показано на (фиг.2).

где U* - повышенное напряжение питания мостового магниторезистивного датчика, действующее во временном интервале, ограниченном значениями t1 и t2;

U**max - регламентируемое производителем магниторезистивного датчика напряжение питания, действующее во временном интервале, ограниченном значениями t1' и t2'.

Одновременно с этим известно, что чувствительность мостового преобразователя, входящего в состав магниторезистивного датчика, определяется выражением (4).

где R0 - сопротивление магниторезистивного элемента пленки вне действия магнитного поля;

I - электрический ток, протекающий через измерительную диагональ измерительного моста (моста Уинстона);

µ - подвижность носителей зарядов;

B0 - магнитная индукция, наводимая устройством подмагничивания.

Так, в исходном состоянии при условии отсутствия внешнего магнитного поля ориентация магнитных моментов доменов магниторезистивного элемента хаотична, а его суммарный магнитный момент равен нулю. При воздействии на магниторезистивный элемент внешнего магнитного поля, параметры которого стремятся изменить направление магнитных доменов тонкой пермаллоевой пленки, в результате чего домены рабочего тела приобретают преимущественную ориентацию, в целом совпадающую с направлением индукции внешнего поля.

При протекания через подмагничивающую катушку токового импульса генерируется импульсное поле B0>>B.

После считывания и регистрации отклика магниторезистивного сенсорного модуля U0_set следует генерация токового импульса противоположной полярности (Фиг.3.), в результате чего магнитные домены принимают соответствующую ориентацию. И далее, по аналогии с предыдущим воздействием регистрируют отклик измерительной диагонали моста U0_reset, после чего производится расчет среднего значения отклика моста в соответствии с выражением:

Согласно выражению (5) определяется значение напряжения, пропорциональное в конечном итоге индукции исследуемого магнитно поля.

Составим таблицу, наглядно отражающую повышение показателя чувствительности магниторезистивных датчиков.

В, мкТл C0 Cподм Cпит
50 425×10-6α* 170×10-4α* 220×10-4α*

*α=µ2, где: µ - подвижность носителей зарядов в материале магниторезистивного датчика.

По таблице видно, что применение внешнего подмагничивающего поля и запитывание повышенным питающим напряжением приводит к повышению показателя чувствительности магниторезистивных датчиков, так, например, чувствительность без подмагничивания и питания повышенным напряжением составляет 425×10-6α*, а с применением 220×10-4α*. Таким образом показатель чувствительность повышается в 52 раза.

Итак способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков за счет применения системы питания повышенным напряжением и устройства подмагничивания приводит к повышению точностных характеристик и расширению сферы их применения.

Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков, по которому создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение на магниторезистивный датчик, представляющий собой измерительный мост, отличающийся тем, что измерительный мост запитывают повышенным относительно установленного значения питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем, которое генерируют плоской катушкой индуктивности, расположенной в непосредственной близости от магниторезистивного датчика и связанной с ним магнитной связью, далее регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы управления и увеличивают показатель чувствительности за счет увеличения приращения выходного напряжения магниторезистивного датчика.
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 109.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a5d

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением. На лопатке выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496987
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a5f

Способ линейной сварки трением лопаток с диском для получения блиска

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя. При изготовлении лопаточного диска, имеющего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496989
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.801c

Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к обработке давлением биметаллических изделий. Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания заключается в холодном прямом выдавливании биметаллической цилиндрической заготовки с поперечной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498469
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-10 из 121.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d55

Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и деталей машин и инструмента. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489514
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e77

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица для высадки этих изделий содержит корпус, в который запрессованы последовательно расположенные коническая вставка с многогранным отверстием и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493930
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78d6

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица содержит корпус, в который запрессована промежуточная втулка. В упомянутую втулку запрессована цилиндрическая вставка с многогранным отверстием, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496596
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД