Датчик перемещения

Датчик перемещения

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет увеличить точность измерения датчика перемещения, который содержит неподвижное диэлектрическое основание 1 с размещенными на нем магниточувствительными элементами 3 (матрица), которые электрически соединены между собой и расположены последовательно вдоль основания. Постоянный магнит 4, длина которого кратна длине одного магниточувствительного элемента 3, установлен с возможностью перемещения вдоль основания 1, а ось магнита 4 перпендикулярна поверхности основания. В качестве магниточувствительных элементов использованы двухколлекторные полупроводниковые транзисторы, размещенные так, что коллекторные области смежных транзисторов совмещены. Информация о перемещении формируется за счет изменения базовых токов транзисторов, пропорциональных положению постоянного магнита. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения положения намагниченного объекта и может быть использовано при создании индикаторов положений, датчиков перемещения, датчиков угла поворота и других устройств автоматики и измерительной техники. Известны датчики перемещения, содержащие цепочку расположенных друг за другом полупроводниковых магниточувствительных элементов, отделенных друг от друга. Цепочка может быть либо линейной, либо кольцевой. В кольцевой цепочке перемещение однозначно связано с углом поворота, поэтому на ее основе может быть создан датчик угла поворота. Из известных аналогов ближайшим является датчик перемещения, содержащий неподвижное диэлектрическое основание, размещенную на нем матрицу магниточувствительных элементов, которые электрически соединены между собой и расположены последовательно вдоль основания, и установленный с возможностью перемещения вдоль основания постоянный магнит, длина которого кратна длине одного магниточувствительного элемента, а магнитная ось перпендикулярна поверхности основания. При подходе магнита к элементу изменяется ток через него, поэтому положение магнита (а значит и угол поворота при кольцевой цепочке) можно определить последовательным опросом магниточувствительных элементов и обработкой результатов на ЭВМ. Недостатком этого датчика является низкая точность измерения. Поскольку положение магнита определяется по наличию сигнала с элемента (режим дискретной информации), то точность датчика пропорциональна числу магниточувствительных элементов на единицу длины матрицы. Используемая в датчике матрица из магниторезисторов, характеризуется небольшим количеством элементов на единицу длины, вследствие большой ширины магниторезисторов и наличия изолирующих промежутков между ними. Это и является причиной низкой точности. Цель изобретения увеличение точности измерения. Она достигается тем, что в качестве магниточувствительных элементов использованы двухколлекторные полупроводниковые транзисторы, размещенные так, что коллекторные области смежных транзисторов совмещены. Это позволяет уменьшить ширину каждого транзистора в матрице на величину ширины коллектора одного транзистора, а также убрать изолирующие промежутки между ними, что позволяет увеличить число элементов на единице длины матрицы, а значит и точность измерения. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена структура датчика: 1 магнитопровод, 2 изолятор, 3 полупроводниковая матрица из двухколлекторных магнитотранзисторов (ДМТ), над которой перемещается постоянный магнит 4. На фиг. 2 показан вид сверху на матрицу из ДМТ, один из которых содержит базу 6 (исходный полупроводник) первого типа проводимости, эмиттер 12 второго типа проводимости, контакт к базе 15, коллекторы 5 и 7 второго типа проводимости. Рядом размещен другой ДМТ с базой 8 и коллекторами 7 и 9, причем коллектор 7 является общим для обоих ДМТ и т.д. Все эмиттеры 12.14 соединены вместе и подключены к одному полюсу источника питания (земля), а коллекторы 5, 7, 9, 11 через нагрузочные резисторы 18.21 к второму полюсу с ЭДС Е. Базовые контакты 15.17 также соединены вместе и подключены к второму полюсу E Датчик работает следующим образом. При отсутствии магнитного поля (магнит вдали от ДМТ) эмиттер 12 ДМТ, например p-n-p-типа с элементами 12, 5, 6, 7, инжектирует в базу 6 дырки, которые поровну распределяются между коллекторами 5 и 7, токи этих коллекторов равны и при равных резисторах 18 и 19 напряжение между коллекторами U_5,7 0. Если над базой ДМТ появляется магнит, размер которого равен ДМТ, то под действием магнитного поля (сила Лоренца) дырки отклоняются в сторону одного из коллекторов, в данном случае (при указанном направлении вектора магнитной индукции В) от коллектора 7 к коллектору 5. Происходит разбаланс токов коллекторов и U_5,7 растет пропорционально величине В. Для разных полюсов магнита знак U_5,7 противоположен. Измеряя последовательно напряжения между коллекторами всех ДМТ нетрудно определить ДМТ, у которого U_5,7, U_7,9, U_9,11 и т.д. не равно нулю. Следовательно полюс магнита расположен под ним, что и позволяет определить его положение. Однако реальные размеры магнита больше ширины одного ДМТ (расстояние между коллекторами). Например, длина магнита равна ширине трех ДМТ, как показано на фиг. 1-2. В этом случае на все три ДМТ действует магнитное поле и инжектированные из эмиттеров носители отклоняются в стороны коллекторов 5, 7, 9 (показано стрелками). Поскольку ток носителей в коллектор 5 слева не изменился (там нет магнитного поля), а справа увеличился, то общий ток коллектора 5 возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе 18 и уменьшению потенциала коллектора 5. Ток коллектора 7 не изменяется, поскольку слева он уменьшается, а справа увеличивается. Поэтому падение напряжения на резисторе 19 и коллекторе 7 не меняется. Это же относится и к коллектору 9. Ток коллектора 11 падает, поскольку слева он уменьшается, а справа не меняется (там нет магнитного поля). Значит падение напряжения на резисторе 21 уменьшается, а потенциал коллектора 11 растет. В результате распределение напряжения на коллекторах вдоль матрицы имеет вид, показанный на фиг. 3, где E/2 потенциал коллектора в отсутствие магнитного поля. Измерив напряжение на всех коллекторах ДМТ, нетрудно определить, что передний край магнита расположен напротив коллектора 5 (отрицательный пик напряжения), а задний напротив коллектора 11 (положительный пик). Таким образом, положение начала и конца магнита однозначно определяется по отклонению потенциала соответствующего коллектора от исходного E/2. Если магнит не полностью закрывает базу 6, например закрывает ее наполовину, то и величина отклонения потенциала U₅ от E/2 будет в два раза меньше. Следовательно, по отклонению потенциала коллектора U₅ от E/2 в нижнюю сторону определяется то, что начало магнита расположено над базой 6, а по величине отклонения можно определить, какую часть базы закрывает магнит. Аналогичным образом определяется положение конца магнита по отклонению потенциала соответствующего коллектора в большую сторону относительно E/2. Увеличение точности датчика происходит не только из-за отмеченного выше увеличения количества магниточувствительных элементов на единицу длины матрицы, но также и вследствие приобретения магнитотранзисторами в матрице новых функциональных свойств при совмещении коллекторов. К ним, например, относится то, что матрицей можно определить положение начала и конца магнита, а у прототипа (матрица из магниторезисторов) сигналы от конца и начала магнита неразличимы.

Формула изобретения

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий неподвижное диэлектрическое основание, размещенную на нем матрицу магниточувствительных элементов, которые электрически соединены между собой и расположены последовательно вдоль основания, и установленный с возможностью перемещения вдоль основания постоянный магнит, длина которого кратна длине одного магниточувствительного элемента, а магнитная ось препендикулярна поверхности основания, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, в качестве магниточувствительных элементов использованы двухколлекторные полупроводниковые транзисторы, размещенные так, что коллекторные области смежных транзисторов совмещены.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2