Датчик градиента магнитного поля
Патент 949561
Авторы
Классы МПК
Датчик градиента магнитного поля
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05. 02.80 (21) 2877998/18-21 (Я ) М. Кт1.з с присоединением заявки №
G R 33/Об
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 07,0882, Бюллетень ¹ 29 (53)УДК 82 .»7, .44(088.8) Дата опубликования описания 07.08.82 (1, г
;"".(,Яп -.;, -.
Г.Я.Портной, В.И.Тихонов и И.А.Вевюрко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ГРАДИЕНТА МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Изобретение относится к датчикам работа которых основана на эффекте
Холла и которые могут быть использованы в измерительной технике, автоматике, электронике для определения градиента магнитного поля или величины его индукции.
Известен датчик магни|ного поля, выполненный на основе эффекта Холла, который содержит пленку арсенида индия, размещенную на подложке из окиси бериллия. В твердом виде окись бериллия: обладает высоким коэффициентом теплопровсдности, благодаря чему подложка хорошо отводит тепло, рассеиваемое в холловской пластине.На верхнюю поверхность по- . лупроводника нанесен слой силиконовой смазки с диспергированной пудрой окиси бериллия (11 .
Недостатками этого датчика являются низкая надежнссть работы дат. чика (из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения пленки и подложки и надежного сцепления между ними), а также большая погрешность измерения грациента магнитного поля (из-за плохой воспроизводимости характеристик напыляемых пленок и не.— равномерного теплоотвода от верхней и нижней поверхностей датчика, обладающих различной теплоемкостью что приводит к ограничению применения датчика.
Известен также датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные полупроводниковые пластины с
1ð холловскик и и токовыми выводами, расположенные параллельно (2) .
Известный датчик позволяет ïîâûсить разрешающую способнссть определения градиента за счет небольшого расстоянкя между пластинами, однако точность определения градиента недостаточно высока из-за различных тепловых условий, в которых находится каждая пластина.
Цель изобретения — повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластины с холловскими и токовыми выводами, введены основание и корпус, выполненные из немагнитного теплопроводного материала, корпус выполнен в виде двух идентичных элементов, а основание размещено между полупроводниковы949561
30 ми пластинами, каждая из которых расположена внутри соответствующего элемента корпуса и закреплена на основании, при этом элементы корпуса и пластины размещены симметрично относительно основания. 5
Кроме того, пластины выполнены в виде гетероэпитаксиальных слоев, расположенных на полуизолирующей годложке.
На чертеже представлена конструк- 10 ция предлагаемого датчика.
Датчик включает две магниточувствительные пластины 1 Холла, которые зеркально-симметрично закреплены на основании 2 - теплоотводе. Корпус 15 выполнен из тонколистовой немагнитной нержавеющей стали в виде двух полуэлементов 3 и 4 и представляет собой зеркально-симметричную относительно основания 2 конструкцию и соединен с ним сваркой.
Обе пластины 1 Холла изготовленны групповым методом иэ одной и той же полупроводниковой гомо- или гетероэпитаксиальной структуры, 25 например InAs-GaAs - тонкий слой аресенида индия, выращенный на полуизолирующей подложке ареснида галлия, и благодаря этому обладают практически одинаковыми электрическими и геометрическими характеристиками, входное и выходное сопротивления, коэффициент Холла, толщина пленки и подложки и т.п.).
Датчик работает следующим образ ом.
При помещении датчика в магнитное поле с индукцией В и пропускании управляющего тока 1 через одну из пластин Холла возникает сигнал эффекта Холла 40
V"к =k4 BI sing,р где са — угол между направлением магнитных силовых линий и плоскостью пластины Холла.
Поскольку вторая пластина Холла 45 расположена зеркально-симметрично
4 относительно первой пластины, магнитые силовые линии, пересекающие первую пластину, под тем же углом пересекают и вторую, в результате 50 чего при пропускании такого же управляющего тока I через вторую пластину возникает сигнал х (63 s«+
Благодаря полной симметричности конструкции датчика обеспечиваются одинаковые условия теплоотвода в любом режиме от каждой из пластин 1 как в случае, когда на обе пластины
1 подано одинаковое управляющее на- @ пряжение, так и в случае, когда только одна из них находится под напряжением (например, когда одна пластин - резервная). Благодаря тому, что обе пластины изготовлены из одной и той же полупроводниковой структуры, их эластические характеристики и геометрические размеры (толщины ° пленок и подложек) практически одинаковы. Вследствии этого обеспечивается полная идентичность удельных магнитных чувствительностей обеих пластин 1 (К„%К ), а значит, и тождественность выходных сигналов при измерениях магнитных полей, не зависящих от координаты в направлении, перпендикулярном плоскости основания датчика. С другой стороны, если такая зависимость существует, То благодаря идентичности измерительных характеристик обеих пластин 1
Холла можно существенно расширить область применения датчика.
Изобретение позволяет приблизитель. но в 4 раза увеличить точность измерения градиента магнитного поля, прежде всего за счет полной идентичности электрических характеристик обеих пластин Холла, изготовленных групповым методом.из одной и той же эпитаксиальной структуры, а также ввиду полной симметричности теплоотвода от обеих пластин Холла.
Формула изобретения
1. Датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластины с холловскими и токовыми выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены корпус и основание, выполненные из немагнитного теплопроводного материала, корпус выполнен в виде двух идентичных элементов, а основание размещено между полупроводниковыми пластинами, каждая из которых расположена внутри соответствующего элемента корпуса и закреплена на основании, при этом элементы корпуса и пластины размещены симметрично относительно основания.
2. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что пластины выполнены в виде гетероэпитаксиальных слоев, расположенных на полуизолирующей подложке.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1."Recent РечеРор of Haec effect
devices and applications" (Денси Гдзюцусого кэнкюсе).- Buf cretin of the
ECectrotechnicat laboratory, 1977, Ч.37, Р 10, р.942. а
2. Кобус A. и Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. Й., Энергия, 1971, с.219, 949561
Составитель В.Новожилов
Техред Т. Маточка К корректор М.Шаро ни
Редактор Г.Кацалап
Заказ 5743/35 Тираж 717 Подписное
ВЧИИПИ Государственного комитета СССР пэ делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4