Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Микромагнитоэлектроника: направление технологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 [ 92 ] 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

На рис. 6.16. схематически показано устройство и принцип работы еще одного варианта бесконтактного переменного резистора, вьшускаемого фирмой Murata. В качестве управляемого элемента в этом приборе используется дифференциальный магниторезистор 1. Управляющее магнитное поле формируется специальным магнитом 2, жестко связанным с осью переменного резистора. При вращении магнита функциональная характеристика прибора имеет вид, показанный на рис. 6.166.

Принцип работы магнитоуправляемого переменного резистора с линейной характеристикой поясняется на рис. 6.17, где дифференциальный магниторезистор 1 помещен в постоянное и однородное поле, создаваемое между полюсами постоянного магнита 2. Длина полюса магнита L равна длине одного плеча дифференциального магниторезистора. Если перемещать постоянный магнит в направлении X, то сопротивление левого плеча магниторезистора между точками а и Ъ, то есть , будет уменьшаться, так как не вся площадь его поверхности будет подвергнута действию магнитного поля.

В то же время сопротивление правого плеча магниторезистора R будет возрастать, так как все большая часть его поверхности будет подвергаться действию магнитного поля. Когда полюсы магнита окажутся в крайнем правом положении, R j будет минимально, а R максимально, при этом правое плечо магниторезистора окажется полностью в магнитном поле, а левое - полностью вне магнитного поля.

Если материал магниточувствительного элемента однородный, а его ширина и толщина постоянны, то изменения сопротивлений R и R от перемещения X имеют линейный характер. Отношение значений сопротивлений Rn Rb зависимости от перемещения полюсов X при L > О определяется следующим вьфажением [29]:


Rb-c=f(X)

R.-b=f(X)

Рис. 6.17. Принцип действия переменного резистора с линейной характеристикой: 1 -дифференциальный магниторезистор; 2-полюса постоянного магнита

Ъ-с

) X (1 - -)] [1 +

о

2 L

(6.1)

где Rp - сопротивление плеча магниторезистора вне магнитного поля;

R - сопротивление плеча магниторезистора при воздействии магнитного поля.

Конструктивная реализация приведенного принципа построения шнекового бесконтактного переменного резистора показана на рис. 6.18.


R = R,.b+R,. = const

- - - -

ф,град. --►

-180 -135

О

135 180

Рис. 6.18. Шнековый бесконтактный переменный резистор: а -магнитная система; б -характеристика: 1 - дифференциальный магниторезистор; 2 -управляющий шнековый магнитопровод; 3-вал



+ 0-

Стабилизированный источник питания

в,/ R1 г-

Усилитель

вых on

: :

1 л

: :

:

-20 -10 0 10 20 30 40 50

Рис. 6.19. Бесконтактный магнитоуправляемый резистор с электронной схемой управления: а -

структурная схема; б - характеристика

Принцип действия бесконтактного переменного резистора с электронньпи управлением достаточно прост. Папряжение питания подается на стабилизатор напряжения, который питает управляемый элемент данного устройства (например, дифференциальный магниторезистор) постоянным напряжением. Папряжение, снимаемое с делителя, образуемого плечами магниторезистора, подается на вход операционного, или инструментального, усилителя, на выходе которого при враш;ении вала в рабочем диапазоне углов возникает токовый сигнал от О до 20 мА. По желанию за счет соответствуюпщх переключений на выходе потенциометра можно получить выходную характеристику по варианту 1 или 2 (см. рис. 6.19).

Зарубежными фирмами вьшускается широкая номенклатура магнитоэлектронных бесконтактных переменных резисторов и потенциометров. Ведущими производителями таких приборов являются фирмы Мш-ata и Siemens.

Потенциометры фирмы Siemens снабжены шариковьп*ш подшипниками, благодаря чему требуемый момент вращения в зависимости от вида уплотнения выходного вала лежит в пределах от 0,5 до 2 Пхсм. Вал потенциометра не имеет механического ограничителя, то есть может непрерьшно вращаться (допустимая частота вращения до 3000 об/мин, при этом гарантируется 100 млн. циклов работы). Усредненные габариты потенциометров с усилителями: длина (включая вал) - 80 мм, диаметр - 60 мм, масса - до 150 г.

Па рис. 6.20 показан внепший вид магнитоэлектронного бесконтактного потенциометра типа FP310L 100, вьшускаемого фирмой Siemens.

Kopnyi

Выходной разъём

Рис. 6.20. Внешний вид бесконтактного потенциометра FP310L100, выпускаемого фирмой Siemens

0 60


В воздушном зазоре магнитной цени (рис. 6.18.а) номещ;ен дифференциальный магниторезистор 1. Унравляюшцй магнитонровод 2 из ферромагнитного материала вьшолнен в виде одновиткового шнека, у которого ширина поверхности L равна длине одного плеча магниторезистора. При враш;ении вала 3 магнитный поток будет перемеп1;аться от одного плеча магниторезистора к другому пропорционально углу поворота, то есть будет установлена линейная зависимость между углом поворота а и изменением сопротивления магниточувствительного элемента.

Па рис. 6.18.6 приведена зависимость изменения сопротивлений плеч и магниторезистора от угла поворота. Рабочий диапазон угла поворота равен 0-270°, причем сопротивление каждого плеча магниторезистора изменяется примерно от 15 до 85% суммарного значения этих сопротивлений. В принципе, можно придать врап1;аюп1;емуся магнитопроводу 2 такую форму, чтобы зависимость магнитного потока от угла поворота имела синусоидальный, трапецеидальный или логарифмический закон изменения сопротивления.

В некоторых случаях технического применения магнитоэлектронных бесконтактных переменных резисторов в качестве выходного параметра желательно иметь не сопротивление, а ток или напряжение. Тогда удается избежать влияния изменения сопротивления подводяш;их проводов, а также снизить уровень помех. В таком случае могут использоваться бесконтактные резисторы с электронной схемой управления. Структурная схема бесконтактного переменного резистора с электронной схемой управления приведена на рис. 6.19. а)



6.4. МЭУ для определения направления вектора магнитного поля

Магнитоэлектронные устройства для определения направления вектора магнитной индукции используются в различных отраслях науки и техники. Однако наибольшее распространение такие устройства получили при создании различных приборов, предназначенных для регистрации магнитного поля Земли (МПЗ) и ориентирования различной аппаратуры на плоскости и в пространстве относительно направления МПЗ.

Для понимания принципов ориентирования по магнитному полю Земли ниже приведем некоторые основные понятия.

Магнитное поле Земли

Его часто назьшают и геомагнитным (ГМП) .Магнитное поле Земли (МПЗ) в каждой точке пространства характеризуется вектором напряженности Т, направление которого определяется тремя составляющими X, Y, Z- северной, восточной и вертикальной составляющей - в прямоугольной системе координат (рис. 6.21.а) или тремя элементами Земли: горизонтальной составляющей напряженности П, магнитным склонением D (угол между П и плоскостью географического меридиана) и магнитным наклонением I (угол между Т и

плоскостью горизонта), л.

Географический

f меридиан Геомагнитный

меридиан

4-з^н

Географическая параллель



>jr К центру Земли

Рис. 6.21. Составляющие магнитного поля Земли

Земной магнетизм обусловлен действием постоянных источниюв, расположенных внутри Земли и испытываюпрпс лишь медленные вековые изменения (вариации), и внешних - переменных - источников, расположенных в магнитосфере Земли и ионосфере.

Соответственно различают основное постоянное (~ 90%) и переменное (порядка 1%) геомагнитные поля. Основное постоянное геомагнитное поле.

Для изучения пространственного распределения основного геомагнитного поля измеренные в разных местах значения Н, D, I наносят на специальные карты, которые называются магнитными каргами Земли, и соединяют линиями точки равных значений элементов [12, 15, 25]. Такие линии называют соответственно изодинамами, изогонами, изоклинами.

Линия изоклина I = О, то есть магнитный экватор, не совпадает с географическим экватором. С увеличением широты значение I возрастает до 90° в магнитных полюсах. Полная напряженность Т от экватора к полюсу растет от 33,4 до 55,7 А/ м (от 0,42 до 0,7 э или от 42 до 70 мкТл).

Координаты северного магнитного полюса, (например, на 1970 год): долгота - 101,5° западной долготы, широта - 75,7° северной широты; южного магнитного полюса: долгота - 140,3° восточной долготы, широта - 65,5° южной широты.

Сложную картину распределения геомагнитного поля в первом приближении можно представить полем диполя (эксцентричного, со смеш:епием от центра Земли приблизительно на 436 км) или однородного намагниченного шара, магнитный момент которого направлен под утлом 11,5° к оси враш:ения Земли.

Магнитоэлектронные потенциометры при отсчете значения угла не имеют неточностей, связанных со скачками изменения сопротивления, как это бывает в обычных проволочных сопротивлениях. Отсутствие трущегося токосъемника снижает необходимый для поворота вала вращающий момент, исключает возможность искрообразования и предотвращает быстрый механический износ.

Эти свойства делают весьма эффективным использование бесконтактных потенциометров в качестве задатчиков исходных величин в устройствах управления, аналоговых решающих устройствах, устройствах автоматического контроля, различного рода датчиках угла поворота, положения и т.п. [29, 31, 59, 62, 63, 64].

Основные параметры и внешний вид магнитоэлектронных бесконтактных переменных резисторов, вьшускаемых фирмами Murata, Siemens и др., приводятся в главе 22 тома 2.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 [ 92 ] 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122