2 Разработка структурной схемы датчика. Расчет обобщенных параметров

Структурная схема разрабатываемого датчика напряженности магнитного поля представлена на рисунке 2. Выходное напряжение датчика магнитного поля (порядок – мВ), пройдя через усилитель сигнала, поступает на преобразователь напряжение – ток.

Рисунок 2 – структурная схема датчика напряженности магнитного поля

Приняв величину проекции вектора напряженности магнитного поля за максимальную (т.е. ) получим следующие соотношения обобщенных параметров:

Учитывая заданные диапазоны изменения параметров и приняв диапазон , получим:

Проведем моделирование структурной схемы разрабатываемого датчика в среде Simulink (рисунок 3, 4):

Р исунок 3 – структурная схема разрабатываемого датчика в среде Simulink

Рисунок 4 – результаты моделирования структурной схемы датчика

3 Разработка принципиальной электрической схемы датчика и расчет значений электрических параметров

Принципиальная электрическая схема датчика состоит из следующих элементов: датчик напряженности магнитного поля KMZ10B, преобразователь напряжение – ток AD694, операционный усилитель AD708. Принцип работы датчика заключается в следующем: изменение проекции вектора напряженности магнитного поля вызывает изменение выходного напряжения датчика магнитного поля. Выходной сигнал датчика магнитного поля усиливается и поступает на вход преобразователя напряжение – ток, выход которого является выходным сигналом разрабатываемого датчика.

Принципиальная электрическая схема усилителя сигнала, снимаемого с датчика напряженности магнитного поля, представлена на рисунке 5:

Рисунок 5 – электрическая схема соединения магниторезистивного моста и усилителя

Усилитель построен на базе операционных усилителей DA1..DA3. Пред усилительная схема на базе элементов DA1 и DA2 необходима для уменьшения нагрузки на магниторезистивный мост KMZ10B.

Выходной сигнал магниторезистивного моста KMZ составляет 0…8мВ. Для получения напряжения 0..2В на входе преобразователя напряжение – ток необходимо усилить выходной сигнал моста в раз. Тогда:

И сходя из исходных данных для проектирования, рассчитаем параметры пассивных элементов микросхемы AD694. Схема преобразователя AD694 представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – схема преобразователя AD694

Исходные данные:

Напряжение на входе микросхемы примем

Максимальное напряжение на выходе AD694 равно

следовательно, напряжение питания микросхемы должно быть не меньше 16+2,5=18,5В.

Так как то вывод 9 микросхемы должен быть подключен к источнику напряжения более 2,5 В.

Найдем диапазон изменения тока

Подключим вывод 4 микросхемы AD694 к источнику напряжения , тогда из выражения

получим следующий диапазон изменения U:

Таким образом, на базе входного дифференциального ОУ Х7 нужно реализовать преобразователь напряжения в напряжение U со следующим законом преобразования:

В состав микросхемы AD694 входит высокостабильный источник напряжения, реализованный на элементах X11 и Q6. Если выводы 7 и 8 соединены между собой, то напряжение на выходе источника будет равно Используем этот источник в качестве опорного напряжения

Масштабные коэффициенты рассчитываются исходя из условий:

Условия выполняются при

Номиналы сопротивлений рассчитываются исходя из значений масштабных коэффициентов:

Проведем моделирование модели AD694 в среде Microcap (рисунок 7):

Рисунок 7 – моделирование AD694 в среде Microcap

Как видно из рисунка 7, при максимальном входном напряжении, равном 2В, выходной ток микросхемы равен 16мА.