Преобразователь перемещения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рц 1004745 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 130581 (21) 3286758/25-28

1И) М. Кл. с присоединением заявки N9

G 01 В 7/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150383. Бюллетень М 10 (53) УДК 621.317..39:531..71(088.8) Дата опубликования описания 150383

Ф

A. И. Чередов, Л.Л. Люзе, Н. Д, Земляная. и„. Т, В. Канд ушнна с т f -"йо„,")т: .

44 ( (72) Авторы изобретения (71) Заявители

Омский политехнический институт и Омский rocy венный университет (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может -быть использовано, в частности, для измерения перемещений.

Известны реостатные преобразователи перемещений, -содержащие резистивный элемент и контактирующий с ним съемный элемент, при относительном перемещении которых формируется сигнал, пропорциональный этому перемещению (1). Недостатком реостатных преобразователей перемещения является погрешность измерения, обусловленная ступенчатым изменением сопротивления. при перемещении съемного элемента, и наличие трущегося контакта, приводящего тв износу преобразователя и появлению погрешности, связанной с изменением контактного сопротивления.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовыми токовыми контактами и с двумя боковыми потенциальнымь электродами, и источник питания постоянного тока, подключенный через резистор к указанным кон= тактам!21.

Полупроводниковый элемент преобра5 зователя выполнен из германия и представляет собой датчик Холла, который размещается перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.

Недостатком такого преобразователя является нестабильность ЭДС на выходе датчика Холла, обусловленная различными гальвано- и термомагнитными явлениями, характерными для датчиков этого типа, и обусловленная этим низкая точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя перемещения.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, и источник питания постоянного тока, подключенный через резистор к указанным контактам, снабжен емкостным зондом и фаэометром, полупроводниковый элемент выполнен стержневым и размещен вдоль силовых линий магнитного поля, один из его токовых контактов выполнен инжектирующим и образует смещенный в прямом

1004745 направлении р-и переход, емкостный зонд установлен с возможностью перемещения вдоль боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента, а фазометр соединен одним входом с резистором, а вторым входом — с емкостным зондом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя перемещения; на фиг.. 2 — кривая распределения поперечного потенциала Ч по

1Î длине Ь стержневого полупроводникового элемента.

Преобразователь перемещения содеркритических значений возникает эффект самовоэбуждения, при котором происходят колебания тока в теле полупроводникового элемента и колебания электрического потенциала на его боковой поверхности, имеющие одинаковую частоту.

Частота этих колебаний зависит от величин критической напряженности электрического и.магнитного полей, поперечного размера стержневого элемента 2, параметров электронно-дырочной плазмй, таких как концентра.ция и подвижность носителей заряда, от удельного сопротивления полупроводникового материала и может принимать значения от единиц до десятков кГц.

65 жит источник 1 постоянного магнитноCHJIOIIbIX ЛИНИЙ КОТОРО» ,го размещен стержневой полупроводниковый элемент 2, снабженный с торцов омическим и инжектирующим контакта.ми 3. Источник 4 питания постоянного тока подкЛючен к полупроводниковому элементу 2 через резистор 5 в такой:. полярности, чтобы образованный с по,мощью инжектирующего контакта в теле полупроводникового элемента р-и переход был смещен в прямом направлении. У боковой поверхности полупроводникового элемента 2 размещен емкостный зонд б, присоединенный к одному из входов фазометра 7. Второй вход,фаэометра 7 связан с резистором 5. 30

Преобразователь перемещения работает следующим образом.

3а счет размещения полупроводникового элемента 2 в постоянном магнитном поле параллельно его силовым ли- 35 ниям и созданию в теле этого элемента продольного электрического поля путем приложения к его токовым контактам напряжения постоянного тока, смещающего р-и переход в полупровод- 40 никовом элементе в прймом направле нии, в этом элементе образуется электронно-дырочная плазма. Вследствие винтового движения носителей заряда (электронов и дыРок) при повышении напряженностей электрического и магнитного полей выше соответствующих

Колебания тока в теле полуп роводннков ого элемента 2 контролируются с помощью резистора 5, включенного в цепь источника 4 питания последовательно с полупроводниковым элементом, а колебания поперечного напряжения íà его боковых поверхностях снимаются бесконтактно — с помощью емкостногo зонда б.

Сигналы, снимаемые с Резистора 5 и емкостного зонда 6, сравниваются по фазе в фазометре 7. Так как сигнал, выделяющийся на резисторе 5, имеет неизменную начальную фазу, которая не зависит от положения зонда б, а начальная фаза колебаний напряжения, снимаемого с зонда, изменяется в зависимости от его положения х и определяется частотой колебаний и временем прохождения винтовой волны от точки с нулевой фазой

-(к которой подключен резистор, начальная фаза колебаний в которой при" нята эа нулевую) до местоположения зонда 6, то фазометр 7 измеряет разность Фаз д (х) между напряжениями, . снимаемыми с резистора и зонда 6. Эта разность Фаз д9 (х) является функцией положения зонда. Фазометр может быть непосредственно проградуирован в единицах измеряемого перемещения, диапазон перемещения зонда определяется длиной стержневого полупроводникового .элемента 2 и скоростью распространения в нем винтовой волны.

В общем случае диапазон измеряемых перемещений и рабочий участок на кривой распределения поперечного потенциала Ч (амплитуды винтовой волны — фиг. 2) по длине L стержневого полупроводникового элемента опре-„ деляются условием, согласно которому разность Фаз колебаний напряжений, снимаемых с резистора 5 и-. зонда 6, не должна превышать 23t. — для предотвращения неоднозначности в отсчете показаний Фазометра 7. Диапазон перемещений зависит от длины полупроводникового элемента, параметров полупроводниковой плазмы; скорости распространения винтовой волны,.величин напряженностей электрического и магнитного полей, частоты колебаний напряжения и тока в режиме самовозбуждения полупроводникового элемента.

Практически на образце, выполненном из германия и-типа длиной 10 мм с удельным сопротивлением 0,45 Ом, при индукции магнитного поля 0,3T и напряженности электрического поля

20 В/см получена частота fII колебаний, равная 30 кГц, а рабочий участок измерения перемещений соответствует диапазону разности фаз от 0 до 280о

За счет использования фазочастотного метода обработки сигналов, сни6 °

1004745 формула изобретения

Составитель С. Скрыпник

Техред О.Неце Корректор Н. Кор ль

Редактор Н. Горват

Заказ 1850/49 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, и 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 маемых с предлагаемого преобразователя, повышается точность измарений перемещений и устраняются погрешности, вызываемые вышеуказанными гальвано- и термомагнитными эффектами в теле полупроводникового элемента. !

Преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовыми токовыми контактами,. и источник питания постоянного тока, подключен- 35 ный через резистор к указанным контактам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен емкостным зондом и фазометром, полупроводниковый элемент выполнен стержневым и размещен вдоль силовых линий магнитного поля, один из его токовых контактов выполнен инжектируюшим и образует смещенныйв прямом направлении р-п переход, емкостный зонд установлен с возможностью перемещения вдоль боковой по» верхности стержневого полупроводникового элемента, а фазометр соединен одним входом с резистором, а вторым входом — с емкостным зондом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П.В. Новицкого. Л., Энергия,.1975, с.259.

2. A. Кобус, Я. Тушинский. Датчики Холла и магииторезисторы. М., Энергия, 1971, с. 182-187 (прототип) ..