10.04.2019
219.017.01e5

МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
02211506
Дата охранного документа
27.08.2003
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технике магнитометрии и может быть использовано для выделения низкочастотной составляющей амплитудно-модулированного магнитного поля. Технический результат: расширение преобразовательных возможностей датчика с V-образной статической вольт-эрстедной характеристикой за счет непосредственного преобразования амплитудно-модулированного магнитного поля в электрическое напряжение низкой частоты, эквивалентное модулирующему сигналу. Сущность изобретения: параллельно чувствительному элементу датчика, содержащему одну или несколько магниторезистивных полосок, подключен конденсатор соответствующей емкости. На выходе датчика выделяется напряжение с частотой колебаний, равной частоте модулирующего сигнала. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Магниторезистивный датчик относится к технике магнитометрии и может быть использован при создании средств контроля и коммуникаций.

Известны многослойные тонкопленочные магниторезистивные датчики (МРД), чувствительные элементы которых изготовленны из ферромагнитных сплавов и обладают анизотропным магнитнорезистивным эффектом /1/. Чувствительные элементы такого рода МРД выполняются в виде отдельных напыленных на изоляционном материале МР полосок микронных размеров /2, 3/ и толщиной не более 1 мкм, а также в виде МР полосок, объединенных в мостовую схему /4/. Отдельная МР полоска имеет V-образную статическую вольт-эрстедную характеристику (СВЭХ), а мостовые МРД обладают либо V-образной СВЭХ /4/, либо S-образной (линейной вблизи нуля) /5/.

Практически, перечисленные типы МРД используются для преобразования напряженности Н магнитного поля (МП) малого уровня в электрический сигнал. Рабочими участками СВЭХ перечисленных МРД являются линейные и квазилинейные участки. Вследствие этого переменное МП (в общем случае это магнитная составляющая электромагнитного поля) частотой ω, преобразуется в напряжение той же частоты. Следовательно, при воздействии МП частотой ω, амплитудно-модулированного (AM) информационным сигналом низкой частоты Ω, на выходе МРД образуется AM напряжение той же частоты ω, с аналогичной модуляцией.

Целью предлагаемого изобретения является расширение преобразовательных возможностей МРД с V-образной СВЭХ за счет непосредственного преобразования АММП высокой частоты в электрическое напряжение низкой частоты, эквивалентное модулирующему сигналу.

Технический результат достигается посредством гальванического подключения параллельно выходу чувствительного элемента в виде МР полоски или в виде мостовой схемы, содержащей одну или несколько МР полосок, конденсатора емкость С.

Выходное сопротивление чувствительного элемента R и емкость С образуют зарядно-разрядную цепочку с постоянной времени τ=RC. Величина емкости конденсатора выбирается из следующего условия: 1/ωR<<C≤1/ΩR, где ω - циклическая частота несущего колебания магнитного поля, Ω - модулирующая частота колебаний магнитного поля.

Конечным результатом данного технического решения является упрощение схемы демодуляции АММП за счет исключения специального блока амплитудного детектирования. При этом упростилась и схема самого амплитудного детектора, так как разрядная цепь не содержит особого разрядного резистора. Его роль выполняет выходное сопротивление чувственного элемента.

На фиг. 1а представлена электрическая схема МРД с чувствительным элементом в виде одной МР полоски, а на фиг.1б - в виде мостовой схемы.

К магниторезистору (фиг.1а) или к мостовому чувствительному элементу R (фиг. 1б) подводится питающий постоянный ток Iп и воздействующее переменное МП Нп, в общем случае, в сумме с постоянным МП Нz, используемом как магнитное смещение, необходимое для выбора рабочей точки.

Из литературы /6/ известно, что ход кривой V-образной СВЭХ (начальный и средний участки) в аналитической записи может быть представлен как

где ΔR - величина анизотропного МР эффекта, соответствующего воздействующему МП;
ΔR0 - максимальная величина анизотропного эффекта;
Нн - значение напряженности МП насыщения, приблизительно равное полю анизотропии.

Подставим в (1) величину H = Ho+Hм(1+McosΩt)cosωt, где Нм - амплитуда колебаний МП несущей частоты ω; М - коэффициент амплитудной модуляции; Ω - частота модулирующего сигнала.

В результате подстановки появляется HЧ(Ω<<ω), составляющая изменения сопротивления магниторезистора
Данное выражение представляет собой формулу квадратичного амплитудного детектирования" МП (демодуляции), аналогичную формуле квадратичного детектирования AM электрического сигнала диодом /7/.

При воздействии на МРД с V-образной СВЭХ АММП большой амплитуды (фиг.2) образуется AM циклоида выходного напряжения. Подключение фильтрующего элемента (например, конденсатора) к чувствительному элементу позволяет выделить НЧ составляющую. Такое "детектирование" МП аналогично двухполупериодному детектированию электрического AM сигнала посредством диодного моста с НЧ фильтром /7/.

На фиг.3 представлена электрическая схема предлагаемого МРД.

Чувствительный элемент 1, включающий в себя одну или несколько МР тонкопленочных многослойных ферромагнитных полосок (например, мостовая схема), с суммарной толщиной каждой не более 1 мкм, и имеющий V-образную СВЭХ, запитывается постоянным током Iп. К выходу чувствительного элемента 1 подключен фильтрующий элемент 2, например, конденсатор С. В общем случае фильтрующий элемент 2 может представлять собой законченный функциональный узел - пассивную или активную схему ФНЧ или ПЧ.

МРД (фиг. 3) работает следующим образом. На чувствительный элемент 1, содержащий магниторезистор R (МР полоску или мостовую схему) подается постоянный электрический ток питания Iп. При этом появляется напряжение, равное Uвых==IпR. Воздействие АММП Н=Нм(1+МcosΩt) cosωt на магниторезистор R чувствительного элемента 1 приводит к появлению переменного выходного напряжения Uвых=, содержащего высокочастотные, с частотами, пропорциональными ω, составляющие и низкочастотную, частотой Ω. Фильтрующий элемент 2, в нашем случае конденсатор С, выбирается таким образом, что на частоте ω и выше его сопротивление 1/ωC<<R, а на частоте Ω - сравнимо или больше R. Вследствие этого на выходе фильтрующего элемента 2 остается только НЧ составляющая частотой Ω.
Эпюры напряжений, представленные на фиг.4, иллюстрируют процесс преобразования АММП в НЧ напряжение.

Фиг.4а - вид АММП.

Фиг.4б - AM циклоида на выходе чувствительного элемента 1.

Фиг.4в - эпюра напряжения на выходе фильтрующего элемента 2.

Экспериментально, преобразование АММП в НЧ напряжение на одиночной МР полоске из тонкопленочного многослойного ферромагнетика было получено в диапазоне частот от единиц герц до 600МГц.

Литература
1. С.И. Касаткин, А.М. Муравьев, Н.П. Васильева, В.В. Лопатин, Ф.Ф. Попадинец, А. В. Сватков /Тонкопленочные многослойные датчики магнитного поля на основе анизотропного магниторезистивного эффекта// Микроэлектроника, 2000, том 29, 2, с.149-160.

2. Патент США 5243316, 1993 г.

3. А.с. СССР 1807534. 1991 г.

4. Патент РФ 2066504, 1994 г.

5. Патент РФ 2139602, 1999 г.

6. N. Smith, F. Jeffers, J. Freeman /A high-sensitivity magnetoresistive magnetometer // J. Appl. Phys., 1991. v.69, n.8, p.5082-5084.

7. И. С. Гоноровский / Радиотехнические цепи и сигналы // М: Советское радио, 1977 г., с.304-311.

Магниторезистивныйдатчикдлявыделениянизкочастотнойсоставляющейамплитудно-модулированногомагнитногополя,содержащийчувствительныйэлементввидеоднойилинесколькихтонкопленочныхмагниторезистивныхполосокиимеющийV-образнуюстатическуювольт-эрстеднуюхарактеристику,причемпараллельночувствительномуэлементуподключенконденсаторсемкостьюC,выбраннойизусловиягдеR-сопротивлениечувствительногоэлемента;ω-несущаячастотамагнитногополя;Ω-модулирующаячастотамагнитногополя.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
18.05.2019
№219.017.55d2

Устройство для обнаружения сигналов обмена средств документальной связи

Изобретение относится к области электросвязи и, в частности, к средствам автоматического контроля за техническим состоянием проводных каналов связи. Данное изобретение может использоваться, например, в телекоммуникационных системах для сбора статистики по видам загрузки абонентских участков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02210188
Дата охранного документа: 10.08.2003
29.05.2019
№219.017.6454

Устройство фазового пуска

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат заключается в введении адресации при осуществлении фазового пуска. Сущность изобретения заключается в том, что сигнал фазового пуска на приемной стороне появляется при условии совпадения моментов фиксации приема дополнительной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02240655
Дата охранного документа: 20.11.2004
29.05.2019
№219.017.653b

Устройство для выделения тональных сигналов в каналах связи

Изобретение относится к области электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов канальной сигнализации в системах многоканальной связи, и может использоваться для обнаружения акустических сигналов в телефонных каналах. Достигаемый технический результат - повышение точности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02214051
Дата охранного документа: 10.10.2003
29.05.2019
№219.017.6a4f

Устройство для декодирования двухчастотных сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации, в частности в телефонии для приема сигналов многочастотного кода "2 из 6". Достигаемый технический результат - повышение достоверности приема двухчастотных сигналов. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02174739
Дата охранного документа: 10.10.2001
29.05.2019
№219.017.6a57

Устройство для выделения акустических сигналов в каналах связи

Изобретение относится к электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов тональной сигнализации в системах многоканальной связи, и может использоваться, например, для обнаружения акустических сигналов (АС) в телефонных каналах. Устройство для обнаружения АС в каналах связи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02171549
Дата охранного документа: 27.07.2001
29.05.2019
№219.017.6a71

Устройство для приема многочастотных сигналов

Изобретение относится к электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов телефонной сигнализации, и может быть использовано в системах передачи дискретной информации. Предложено устройство, содержащее блок согласования с каналом связи (1), фильтр низких частот (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02169436
Дата охранного документа: 20.06.2001
19.06.2019
№219.017.8c40

Магниторезистивный датчик

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано для регистрации механических перемещений, измерения постоянных и переменных магнитных полей. Техническим результатом изобретения является получение датчика повышенной чувствительности с нечетной вольт-эрстедной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02185691
Дата охранного документа: 20.07.2002
19.06.2019
№219.017.8c48

Магниторезистивный датчик

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано в датчиках перемещений, устройствах измерения постоянного и переменного магнитных полей. Техническим результатом изобретения является получение датчика, имеющего возможность компенсации технологического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02186440
Дата охранного документа: 27.07.2002
29.06.2019
№219.017.999c

Инструмент для механической обработки строительных материалов

Изобретение относится к области строительства гражданских сооружений, машиностроения, судостроения, авиастроения, автотракторной промышленности, геологии и к другим областям народного хозяйства, может быть использовано для обработки бетонов, железобетонов, кирпичей, композиционных полимерных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002270093
Дата охранного документа: 20.02.2006
Показаны записи 1-2 из 2.
19.06.2019
№219.017.8c40

Магниторезистивный датчик

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано для регистрации механических перемещений, измерения постоянных и переменных магнитных полей. Техническим результатом изобретения является получение датчика повышенной чувствительности с нечетной вольт-эрстедной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02185691
Дата охранного документа: 20.07.2002
19.06.2019
№219.017.8c48

Магниторезистивный датчик

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано в датчиках перемещений, устройствах измерения постоянного и переменного магнитных полей. Техническим результатом изобретения является получение датчика, имеющего возможность компенсации технологического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02186440
Дата охранного документа: 27.07.2002

Похожие РИД в системе