Функциональный преобразователь

Функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рес(тублин

111i 594509 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено13.12.74 (21) 2083412/18-2 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.02.78. Бюллетень ¹ 7

2 (51) М. Кл.

Q 06 Q 7/26

Госудвротвеннн1й номнтет

Совета Инннотров СССР оо долек нзобретеннй н открвтнй (53) УДК 681.335 (0e8.8) (45) Дата опубликования описания р5. 02,. 78. (72) Авторы изобретения

В. А. Моподкин, Ю. Ф, Мухопад и В. Б. Смопов

Нбвосибирский электротехнический институт связи (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительнойй технике и может быть использовано для построения специализированных вычислителей систем автоматического управления объектами и процессами.

Известны функциональные преобразователи угловых перемещений в электрическое сопротивление, содержащие профилированные проводники с клеммами или контактными площадками, движок и устройство управления съемом сопротивления (1 j .

Недостатками механических потенциометров с профилированными каркасами являются: низкая надежность, обусловленная наличием механических контактов у оси движка и в точке соприкосновения движка с каркасом; низкое быстродействие, свойственное для механических устройств; высокая инструментальная погрешность (1 — 5%), вызванная эффектом ступенчатого изменения сопротивления между клеммами потенциометра из-за конечной величины диаметра провода обмотки каркаса и ширины движка.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является функциональный преобразователь, содержащий поворотную магнитную систему, в зазоре которой установлен, активный элемент с контактными площадками и выводами- (21.

Это устройство ичеет следующие недостатки: низкое быстродействие, обусловленное необ ходимостью создания магнитной системы управления, развивающей поле в кристалле полупроводника 0,3 — 1,5; высокие погрешности, обусловленные влиянием побочных эффектов (эффекта Холла; Баркгаузена и др.) и температурной зависимостью сопротивления

lO магниторезистора; невозможность получения функциональных зависимостей и удовлетворительных точностных характеристик беэ применения дополнительных полупроводниковых элементов и специальных схем.

Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства.

Это достигается тем, что в функциональном преобразователе активный элемент выполнен в виде плоского магнитного кристалла с расположенными на его поверхностях на пути образования магнитных. доменов фигурными немагнитными металлическими аппликациями с выводами, активный элемент ориентирован поверхностями перпендикулярно оси вращения поворотной магнитной системы.

Такой функциональный преобразователь ли25 шен недостатков прототипа.

5с!4500

На фиг. 1 дано схематическое иэображение предлагаемого устройства; на фиг. 2 — - чертеж, пояс няющий образование магнитных полосовых доменов в магнитном кристалле под действием продольного магнитного полн; на фиг, 3 — - возможные формы металлических аппликаций, наносимых на поверхность магнитных кристаллов функционального преобразователя; на фиг. 4 — примеры выполнения преобразователя; а) с разомкнутой аппликацией, б) с замкнутой аппликацией, двухсвязным магнитным кристаллом и двумя контактнымп площадками; на фиг. 5а — дано схематическое изображение фенкционального. преобразователя с магнитокристаллическим преобразователем; на фиг. 5б — одна из возможных схем включения преобразователя в цепь операционного усилителя для получения выходного сигнала в форме напряжения постоянного тока; на фиг. 6 представлены некоторые из магнитнЫх систем, применяемые в функциональных преобразователях; на фиг. 7 -модификация преобразователя с дополнительным магнитным кристаллом и диэлектрической прослойкой.

Функциональный преобразователь во всех вариантах его исполнения содержит магнитные кристаллы I, проводящие каркасы (аппликации) 2, контактные площадки 3, магнитную систему 4, выходные клеммы-выводы 5, 6, 7, область магнитных доменов 8. Вариант по фиг.

5а содержит магнитокристаллический преобразователь 9 с входами управления 10, а вариант по фиг. 5б содержит дополнительно операционный усилитель 1, а также вход 12 и выход 13.

Вариант по фиг. 7 дополнительно содержит диэлектрическую прослойку 14.

На магнитный кристалл 1 выполняющий роль подложки, методом фотолитографии наносится проводящий каркас (аппликация) 2 с выводами 5, 6 и доменная контактная площадка 3 с клеммой 7 (см. фиг. 1). агнитный кристалл помещается в продольное поле магнитной системы 4, напряженность продольного поля в которой выбрана так, что в кристалле образуется магнитный домен 8. Клеммы 5, 6, ? являются выходными клеммами устройства.

При повороте магнитной системы 4 домен

8 вращается вокруг оси контакта 3. Поскольку каркас 2 криволинейньФ при повороте меняется длина домена между каркасом и контактной площадкой. При этом меняются также и электрические сопротивления между клеммами 5—

7 и 6 — 7. Закон изменения сопротивления определяется формой каркаса 2.

Такая конструкция обеспечивает повышение надежности по сравнению с ее механическими аналогами, так как магнитная система

4 (см. фиг. 6) может не иметь механической связи с корпусом потенциометра, а движение движка заменено в данном случае движением домена 8. Последнее обстоятельство повышает также быстродействие устройства, так как достижимые. скорости движения домена оцениваются. в настоящее время величиной до

100 .тыс, см./с при весьма малой мощности управления.

Наконец, повышение точности в устройстве достигается потому, что при движении домена с ф отсутствует скачкообразное изменение сопротивления между клеммами потенцнометра.

По сравнению с магниторезистивными функционными преобразователями устройство (см. фиг. 1) выгодно отличается тем, что требует создания на один два порядка меньших напряженностей магнитных полей в кристалле.

Это обстоятельство приводит к упрощению конструкции магнитной системы (см. фиг. 6) эа счет сокращения числа витков в ней и уменьшения требуемых токов управления.

3О Магнитные кристаллы, примененные в устроистве (см фиг I ) обладают термоста бильностью вплоть до температур, близких к точке Кюри, что обеспечивает преимущества по сравнению с магниторезисторамн в отношении величины температурных погрешностей преоб15 ра ования. Кроме того, влияние паразитных эффектов, возникающих в магниторезисторах (эффект Холла и др.) в магнитных кристаллах с металлическими (немагнитными) апплцкациями, практически несущественно.

Важным преимуществом устройства по сравнению с магниторезисторами является воз-можность реализации разнообразных функций на одном кристалле лишь эа счет выбора формы аппликаций, в то время как для реализации функций на магниторезисторах необходимо соединить несколько полупроводниковых элементов в мостовую или другую сложную схему.

Для удобства изображения на схемах устройства введено схематичное обозначение функционального преобразователя на фиг. 1, показанное на фиг. 5а.

39 Включение преобразователя в цепи ьперационных усилителей 11 (см. фиг. 5б) дополкительно расширяет функциональные возможности, так как при этом реализуются функции вида:

U=U0F(a) где U< — напряжение, подаваемое на вход 12 операционного усилителя;

F(a) — функция передачи преобразователя (см. фиг. 1);

U — выходное напряжение на клемме !3

4!! операционного усилителя.

То есть в этом случае одновременно с функциональным преобразованием осуществляется и умножение на переменную Uo, а результат представляется в форме напряжения постоянного тока U

Еще более широкие возможности имеют модификации устройства (см. фиг. 7), содержащие дополнительные магнитные кристаллы 1, разделенные диэлектрическими прослойками

14. На дополнительных кристаллах также располагаются контактные площадки 7 и аппликации 2. В этом случае наличие нескольких дополнительных выходов 7, 5, 6 позволяет, используя одну магнитную систему, снимать несколько различных функций. Это необходимо, в частности, когда магнитная система располагается на оси гироскопического датчика, а с выходов функционального преобразователя необходимо снимать одновременно синус н косинус угла поворота оси магнитной системы или другие функции угла поворота вала.

Рассмотренные выше примеры выполнения и использования функционального преобразова594509

Формула изобретения фиг. 4 теля показывают, что введение новых элементов — магнитных кристаллов с полосовыми доменами; профилированных аппликаций, диэлектрических прослоек и дополнительных выходных клемм с контактными площадками, обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с известными аналогами.

Функциональный преобразователь может быть изготовлен в интегральном исполнении, что обеспечивает значительное уменьшение размеров и весовых показателей разнообразного числа датчиков информации и специализированных систем автоматики.

Функциональный преобразователь, содержащий повторную магнитную систему, в зазоре которой установлен активный элемент с контак1ными площадками и выводами, отличак>щий1ся тем, что, с целью повышения надежнол и и быстродействия, в нем активный элемент выполнен в виде плоского магнитного кристалла с расположенными на его поверхностях на пути образования магнитных доменов фигурными немагнитными металлическими аппликациями с выводами, активный элемент ориентирован поверхностями перпендикулярно оси вращения поворотной магнитной системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:l. Смолов В. Б. Аналоговые вычислительные майины. М., Высшая школа, 1972, с. 52, рис. 11 — !3.

2. Котенко Г. И. Магниторезисторы, Л., «Энергия», 1972, с. 65 — 70, рис. 20.

Фиг.1

Редактор Н. Хлудова

Заказ 839/48

Ц11ИИ11И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж35, Раугнская наб., д. 4/5

Филиал П1111 «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 j а

Составитель Я. Маслов

Техред О. Луговая Корректор Л. Небола

Тираж 826 Подписное