Устройство для измерения магнитного поля

Устройство для измерения магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в области измерительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит датчики. Особенностью изобретения является соединение датчиков - последовательное или параллельное, что позволяет расширить область использования за счет обеспечения измерения модуля магнитной индукции. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 R 33/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853306/21 (22) 23.07,90 (46) 28.02,93. Бюл. ¹ 8 (71) Киевский государственный университет им. Т,Г.Шевченко (72) B.Н.Добровол ьский, А.Н. Крол евец, А.Д.Сырых и Д.О.Фролов (56) Nuclear Instruments and Methods, 1972, 105, ¹ 1, с. 97 — 101.

Известен датчик магнитного поля, описанный в (Афанасьев Ю.П. Средства измерений параметров магнитного поля. fl. 1979), содержащий три магниточувствительных элемента(феррозонда), которые расположены в пространстве взаимно перпендикулярно, генератор возбуждения ферроиндукционных преобразователей и схему обработки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора за счет обеспечения измерения модуля индукции магнитного поля.

На фиг,1 показан магниторезистивный элемент, На фиг.2 приведено пространственное расположение магниторезистивных элементов и их последовательное электрическое соединение, На фиг.3 — показаны экспериментальные зависимости выходно. го сигнала устройства с магниторезистивными элементами, выполненными из германия, в магнитном поле при его вращении относительно двух произвольна выбранных осей. На фиг.4 — та же зависимость для устройства с магниторезистивными элементами из антимонида индия.

Рассмотрим конструкцию устройства.

Оно содержит три одинаковых магниторези. Ы „, 1798744 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Использование: в области измерительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит датчики, Особенностью изобретения является соединение датчиков — последовательное или параллельное, что позволяет расширить область использования за счет обеспечения измерения модуля магнитной индукции. 1 з.п,ф-лы, 4 ил. стивных элемента, один из которых изображен на фиг. I; Магниторезистивная область

1 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, на две противоположные грани которого нанесены электрические контакты

2. На фиг,2 показано взаимное расположение магниторезистивных элементов в пространстве. Они закреплены на общем основании в форме куба 4 так, что каждое ребро магниторезистивной области каждого элемента ортогонально одинаковым с ним ребрам двух других магниторезистив- ) ных элементов. Изображенные на фиг.2 магниторезистивные элементы соединены последовательно, Возможно также и параллельное их соединение. Магниторезистивные области могут быть изготовлены путем нанесения оммических контактов на полупроводниковыа образцы ипи сформированы в канале МДП-транзистора. а

Для измерения модуля магнитной индукции устройство следует поместить в магнитное поле и измерять его сопротивление, Под действием магнитного поля сопротивление магниторезистивных элементов изменяется, причем так, что полное сопротивление устройства не зависит от направления агнитного поля. При этом для

1798744 одного магниторезистора, выполненного из полупроводникового материала с изотропным эффектом магнитосопротивления, можно записать ((Вайсс Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение, M., "Энергия", 1974.)): дя/В= авхг+ В„г+ В,г где R — сопротивление магниторезистивного элемента; ДR — его изменение в магнитном поле;  — компоненты вектора магнитной индукции 6 в системе координат, связанной с магниторезистором; а,p, y— коэффициенты, зависящие от материала и геометрии магниторезистивной области, . Как видно, сопротивление имеет квадратич. ную зависимость от компонент вектора В.

Учитывая, что магниторезистивные элементы расположены в пространстве как показано на фиг,2, для них можно записать: дя И1= аВу,,+Р By +y Bz., Мг/Вг= аВу. +Р Bz.+ y Bx

Мз/Вз= аВР+p Bx. + у By, Здесь индексы 1; 2 и 3 использованы для нумерации магниторезистивных элементов. Поскольку элементы соединены последовательно, изменение сопротивления всего устройСтва равно сумме изменений сопротивлений его элементов. Учитывая, что магниторезистивные элементы одинаковы, т.е. R1= Вг = Вз, получаем: д р/р = (Q p>y }(Bxz+ By + ВР) =

=(а 3<у )Вг.

Как видно из формулы, изменение сопротивления устройства пропорционально квадрату модуля индукции магнитного поля и не,зависит от направления вектора индукции, Легко показать, что при параллельном соединении магниторезистивных элеменTQB, из измерений проводимости можнотакже определять величину модуля индукции; доул — (a+p+ y) Вг

Все вышеприведенные. выкладки сделаны для магниторезистивных элементов, выполненных из полупроводникового материала с изотропным эффектом магнитосопротивления (например, из антимонида индия).

В случае применения полупроводникового материала кубической сингонии магнитосопротивления неизотропен и в общем виде описывается уравнением Зейтца ((Смит Р. Полупроводники. М„"Мир", 1982)).

В этом случае все приведенные выкладки верны только в том случае, если ребра магйиторезистивной области ориентированы вдоль осей <100> полупроводникового материала кубической сингонии, Таким образом, при изготовлении магниторезистивного элемента из полупроводникового материала кубической сингонии, необходимо ориентировать ребра магниторезистора вдоль указанных кристаллографических осей, Магниторезистивные. элементы были выполнены из германия и-типа и имели форму, приведенную на фиг.1, длиной а = 2 мм, шириной b = 7 мм и толщиной с = 0,5 мм.

Удельное сопротивление материала = 10 Ом

> см. Магниторезистивные элементы были наток силой 1 А, а падение напряжения на трех последовательно включенных магниторезисторах измерялось прибором В7-34А в режиме вольтметра. Результаты приведены на фиг.4. При этом измеренное значение модуля индукции магнитного поля с точностью до 3% не зависело от ориентации датчика в магнитном поле.

Предлагаемое устройство выгодно отличается простотой конструкции, которая достигнута за счет отказа от сложной электронной обработки сигналов, Формула изобретения

1, Устройство для измерения магнитного поля, содержащее три магниточувстви45

50 тельных элемента, которые выполнены в виде прямоугольных магниторезисторов из

55 полупроводникового материала с изотропным эффектом магнитосопротивления или из полупроводникового материала кубической сингонии с анизотропным эффектом магнитосопротивления так, что ребра ориентированы вдоль осей 100 кристалла, и коклеены на куб из фторопласта, как показано

20 на фиг.2. Сопротивление устройства измерялось прибором В7-34А в режиме омметра. Полное сопротивление трех последовательно включенных магниторезисторов составляло 132 Ом в отсутствие магнитного поля. В магнитном поле сопротивление изменялось с коэффициентом 20 OM/Тл . Измеренное значение модуля индукции магнитного поля В с точностью до 2 процентов не зависело от ориентации

30 вектора индукции (см.фиг,З).

Кроме того, макет предлагаемого устройства был выполнен на магниторезисторах, иаготовленных из а.нтимонида индия п-типа, сопротивлением около 20 миллиОм

35 каждый, Магниторезисторы имели размеры соответственно а=2 мм, Ь =8мм, с=0,5мм.

Через устройство пропускался постоянный

1798744 торые размещены в пространстве взаимно перпендикулярно друг относительно друга, и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области испол ьзования путем обеспечения измерения модуля магнитной индукции, магниточувствительные элементы соединены последовательно, а измерительный блок выполнен в виде измерителя сопротивления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч à ю щ еес я тем, что магниточувствительные элементы соединены параллельно, а измерительный блок выполнен в виде измерителя проводимости.

1798744 тл, to» тл, Гт2

Редактор Н,Козлова

Закаэ 771 . Тираж . Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиааодотаенно-издательокий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Я е; Я

С3 и

60 120 160 290 300 360

9гол no8opoma

Йи,3

120 78Q 2® 370 50

УГОЛ ОООО)ЮШЙ би9

Составитель А.Сырйх

Техред М Моргентал Корректор О,Густи