Датчик положения

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности контроля заданного положения движущегося объекта с помощью полупроводникового датчика положения, содержащего постоянный магнит 1 с прикрепленными к его торцам полюсными наконечниками 2 и 3, которые снабжены концентраторами 4 и 5, имеющими в поперечном сечении треугольную форму. Благодаря этому в воздушном зазоре между ними обеспечивается изменение знака градиента индукции магнитного поля, к которому чувствителен магниторезистор 6, установленный с возможностью перемещения в плоскости, совпадающей с плоскостью магнитной нейтрали магнита 1, и имеющий на гранях, перпендикулярных к этой плоскости, зоны с повышенной скоростью рекомбинации носителей заряда. В исходном положении магниторезистора 6, в котором он располагается симметрично относительно вершин концентраторов 4 и 5, концентрации носителей заряда по его сечению одинаковы и сигнал на выходе датчика равен нулю. При смещении магниторезистора из "нулевого" положения в ту или другую сторону происходит перераспределение концентраций носителей заряда, что приводит к появлению выходного сигнала соответствующего знака. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1 (21) 4413813/25-28 (22) 19.04.88 (46) 07,10,90. Бюл, N 37 (71) Институт физики полупроводников

АН ЛитССР (72) И,С,Левитас и А.П.Сащук (53) 621,317.39:531.71(088.8) (56) Хомерики О,К. Применение гальваномагнитных датчиков в устройствах автоматики и измерений. — М: Энергия, с. 97. (54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности контроля заданного положения движущегося объекта с помощью полупроводникового датчика положения, содержащего постоянный магнит 1 с прикрепленными к его торцам полюсными наконечниками 2 и 3; которые снабжены концентраторами 4 и 5, имеющими в поперечном сечении треугольную форму. Благо„„5U 1597518 А1 даря этому в воздушном зазоре между ними обеспечивается изменение знака градиента индукции магнитного поля, к которому чувствителен магнитореэистор 6, установленный с возможностью перемещения в плоскости, совпадающей с плоскостью магнитной нейтрали магнита 1, и имеющий на гранях, перпендикулярных к этой плоскости, зоны с повышенной скоростью рекомбинации носителей эарядэ. В исходном положении магнитореэистора 6, в котором он располагается симметрично относительно вершин концентраторов 4 и 5, концентрации носителей заряда по его сечению одинаковы и сигнал на выходе датчика равен нулю, При смещении магниторезистора из "нулевого" положения в ту или другую сторону происходит перераспределение концентраций носителей заряда, что приводит к появлению выходного сигнала соответствующего знака. 3 ил.

1597518

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для фиксации заданного, заранее определенного положения движущегося объекта.

Целью изобретения является повышение точности контроля заданного "нулевого" положения объекта.

На фиг. 1 показана конструкция датчика положения; на фиг. 2 — кривые изменения концентрации и носителей заряда в теле полупроводникового магниточувствительного элемента по его сечению б; на фиг. 3— выходная характеристика датчика, представляющая собой зависимость изменения падения напряжения U на магниточувствительном элементе в функции контролируемого линейного перемещения х, Датчик положения содержит постоянный магнит 1, к торцам которого прикреплены полюсные наконечники 2 и 3, отделенные один от другого воздушным зазором и имеющие на концах треугольные в поперечном сечении концентраторы 4 и 5, которые обращены один к другому своими вершинами, лежащими в общей плоскости.

В воздушном зазоре между полюсными наконечниками 2 и 3 с концентраторами 4 и 5 размещен магниточувствительный элемент, выполненный в виде магниторезистора 6 с плоскими гранями, который установлен с возможностью линейного перемещения х в плоскости, совпадающей с плоскостью магнитной нейтрали постоянного магнита 1. На плоских гранях 7. и 8 магниторезистора 6, которые перпендикулярны плоскости магнитной нейтрали магнита 1, образованы зоны с повышенной скоростью поверхностной рекомбинации носителей заряда — электронно-дырочных пар. Благодаря описанной конструкции магнитной системы датчика положения эти грани оказываются расположенными практически параллельно силовым линиям магнитного поля, образующегося в воздушном зазоре его магнитной системы. К другой паре противолежащих граней на торцах магниторезистора 6 прикреплены токовые контакты 9 и 10 для подключения к ним через балластный резистор источника питания (не показан).

Датчик положения работает следующим образом.

При пропускании тОка через полупроводниковый магниточувствительный элемент, находящийся в зазоре магнитной системы с симметрично заостренными концентраторами 4 и 5 на полюсных наконечниках 2 и 3, происходит перераспределение концентрации электронно-дырочных пар по сечению магниторезистора 6 вдоль направ5

20

30

40

50 ления силы Лоренца, которое перпендикулярно его боковым граням 7 и 8 с зонами повышенной скорости поверхностной рекомбинации, в зависимости от положения магниторезистора 6 относительно острия концентраторов 4 и 5. Под действием магнитного поля в одной части магниторезистора 6 происходит увеличение неравновесной концентрации носителей тока, в другой — ее уменьшение, В "нулевом" положении магниторезистора 6, симметричном относительно концентраторов 4 и 5, увеличение средней неравновесной концентрации в одной его части равно ее уменьшению в другой

его части (кривая а нэ фиг. 2), вследствие чего общее изменение концентрации и равно нулю и выходной сигнал на контактах 9 и

10 магниторезистора 6 также равен нулю, При перемещении х магниторезистора 6 относительно заостренных концов концентраторов 4 и 5 (выход из "нулевого" положения) происходит соответствующее изменение средней концентрации в одной части магниторезистора б по сравнению с другой его частью (кривые б, в на фиг. 2), в результате чего общая концентрация п носителей заряда изменяется, что приводит к изменению падения напряжения на контактах 9 и 10 магниторезистора.

Поскольку изменение падения напряжения U на полупроводниковом магниточувствительном элементе зависит, главным образом, от величины градиента магнитной индукции В в зазоре магнитной системы датчика и от скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда на гранях, параллельных силовым линиям магнитного поля в этом зазоре, то благодаря изменению знака градиента индукция при смещениях магниточувствительного элемента относительно вершин треугольных концентраторов обеспечивает симметричная относительно нуля выходная характеристика датчика (фиг, 3).

Полюсные наконечники с заостренными концентраторами в данной магнитной системе служат не для увеличения индукции .магнитного поля в зазоре, а для создания градиента индукции, имеющего различный знак при изменении направления перемещения объекта контроля, связываемого в процессе измерения с магниточувствительным элементом.

В результате этого магниточувствительный элемент с повышенной скоростью повер5 хностной рекомбинации, чувствительный, главным образом, к градиенту магнитного поля, с большой точностью фиксирует положение, при котором его выходной сигнал равен нулю. Например, при градиенте магнитного поля 8 мТ/мм, чувствительность такого маг1597518 ниточувствительного элемента составляет

40 мВ мм/МТ. Поэтому для фиксации момента прохождения нулевой точки не нужна большая напряженность или индукция магнитного поля, как это имеет место в извест- 5 ных магниторезистивных датчиках положения, сопротивление которых зависит, главным образом, от величины индукции магнитного поля, в котором они находятся. Это позволяет с высокой точно- 10 стью контролировать заданное "нулевое" положение движущегося объекта, Формула изобретения

Датчик положения, содержащий постоянный магнит, прикрепленные к его обоим 15 торцам полюсные наконечники, отделенные один от другого воздушным зазором, и установленный в зазоре между наконечниками с воэможностью линейного перемещения в плоскости, совпадающей с плоскостью магнитной нейтрали магнита, полупроводниковый магниточувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля "нулевого" положения объекта, полюсные наконечники выполнены с треугольными в поперечном сечении концентраторами, обращенными один к другому своими вершинами, лежащими в общей плоскости, а магниточувствительный элемент выполнен в виде магниторезистора с плоскими гранями, на паре которых, перпендикулярной плоскости магнитной нейтрали магнита, образованы зоны с повышенной скоростью поверхностной рекомбинации носителей заряда.

1597518

ЦмВ

Составитель Т.Бычкова

Редактор О.Юрковецкая ТехредМ.Моргентал Корректор М.Самборская

Заказ 3038 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101