Лекции ЭУПО / Глава1 / Маг-датчик
.doc1.3. МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ
Магниточувствительные датчики основаны на магниторезистивном эффекте полупроводникового материала. Он состоит в том, что материалы под воздействием внешнего магнитного поля изменять свое сопротивление. К ним, в частности, относятся вещества на основе InSb (индий-сурьма), InAs (индий-мышьяк), GaAs (галлий-мышьяк), Ge (германий), Si (кремний). Наиболее подходящим материалом для использования в магнитных датчиках является основа InSb, обладающая наибольшей подвижностью основных носителей заряда. Сопротивление полупроводника Rb в магнитном поле описывается формулой:
,
где R0 – сопротивление полупроводника вне магнитного поля; ρb – сопротивление полупроводника в магнитном поле; ρb – сопротивление магнитного поля; В – плотность магнитного потока; m – коэффициент, характеризующий отношение ширины к длине элемента.
В отсутствии магнитного поля движение носителей заряда в полупроводнике осуществляется по наименьшему пути (рис. 1.12) . При внесении элемента в магнитное поле под действием сил Лоренца траектория движения электронов изменяется, тем самым, изменяя общее сопротивление магниторезистора. Магниторезистерная характеристика для этого случая представлена на рис. 1.13.
Благодаря хорошей динамике, стабильности параметров и высокому уровню выходного сигнала датчики реагируют как на магнитные, так и на ферромагнитные материалы. Устройство магниточувствительного датчика приведено на рис. 1.14. Датчик представляет собой закрытую конструкцию, состоящую из металлического корпуса, с размещенным внутри магниторезистивным элементом и постоянным магнитом. Чувствительные элементы датчика собираются по полумостовой или мостовой схемам. Напряжение выхода датчика знакопеременное, его полярность меняется при переходе магнитной полосы между магниторезистивными элементами.
Напряжение Uвых рассчитывается по эмпирической формуле и зависит от сопротивления магниторезистов:
,
где RМЭ – сопротивление магниточувствительного элемента, Uвх – напряжение питания
Типовая схема магниточувствительного датчика приведена на рис. 1.15. Кроме магниточувствительного элемента, который питается пониженным стабилизированным напряжением Uвх от блока А1, имеются два операционных усилителя DD1 и DD2, формирующих выходное напряжение Uвых дат, и светодиод VD, индицирующий включенное состояние датчика. В силу того, что Uвых эл магниточувствительного элемента исчисляется милливольтами, оно усиливается повторителем напряжения на DD1, дифференцируется R1-C2-цепочкой для создания четких параметров импульса, усиливается интегрирующим усилителем DD2 и поступает на выход датчика.
Напряжение питания датчика ± 15 В, что позволяет присоединять к нему нагрузку достаточной мощности (десятки ватт, например, электромеханическое реле).
Магниточувствительные датчики используются как датчики перемещения, например для контроля перемещения штока гидроцилиндра в гидросхемах оборудования для высекания продукции, в гидросхемах упаковочного оборудования и т. п