RU2553740C1 - Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков - Google Patents
Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553740C1 RU2553740C1 RU2014111530/28A RU2014111530A RU2553740C1 RU 2553740 C1 RU2553740 C1 RU 2553740C1 RU 2014111530/28 A RU2014111530/28 A RU 2014111530/28A RU 2014111530 A RU2014111530 A RU 2014111530A RU 2553740 C1 RU2553740 C1 RU 2553740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- voltage
- magnetoresistive
- magnetoresistive sensor
- measuring
- Prior art date
Links
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков и предназначено для использования в магнитометрических информационно-измерительных системах. При реализации способа измерительный мост запитывают повышенным питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем. Регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области электронной измерительной техники и предназначено для использования в составе магнитометрических информационно-измерительных систем в качестве датчика, регистрирующего индукцию и/или напряженность магнитного поля.
Известен магниторезистивный датчик с нечетной статической вольт-эрстедной характеристикой (патент РФ №2185691, кл. H01L 43/08, 16.02.2001), содержащий четыре тонкопленочные магниторезистивные полоски из ферромагнитных сплавов, объединенные в мостовую схему, и проложенный над ними через изолирующий слой управляющий проводник, магниторезистивные полоски имеют поперечно ориентированные оси легкого намагничивания, сориентированы в одном направлении своей длиной от начала к концу, электрическими проводниками соединены начало первой полоски и конец четвертой, начало второй и конец третьей, начало третьей и конец первой, начало четвертой и конец второй, а управляющий проводник проложен поперек полосок: по направлению ориентации осей легкого намагничивания в первой и второй полосках, и противоположно - в третьей и четвертой полосках.
Основным недостатком аналога является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.
Известно также устройство для контроля положения (патент РФ №2016373, кл. G01B 7/00, 15.07.1994), содержащее установленный с возможностью перемещения источник постоянного магнитного поля, магниторезистивный датчик, выполненный в виде четырех магниторезисторов, имеющих форму плоских меандров и размещенных на общей диэлектрической подложке, измерительный мост, в плечи которого включены магниторезисторы, присоединенный к одной диагонали моста источник питания постоянного тока и подключенный к другой его диагонали блок обработки сигналов, магниторезисторы выполнены из пермаллоевой пленки, источник магнитного поля размещен в общей плоскости с подложкой, магниторезисторы хотя бы в одной из ветвей моста размещены на расстоянии один от другого, выбранном в зависимости от их габаритных размеров, магнитных параметров пленки и источника магнитного поля, а блок обработки сигналов выполнен в виде пороговой схемы.
Основным недостатком аналога также является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ, реализованный магниторезистивным датчиком (патент РФ №2495514, кл. H01L 43/08, 03.05.2012), содержащим мостовую измерительную схему из четырех магниторезисторов, сформированных из пленки ферромагнитного металла. Согласно способу проводниками перемагничивания, сформированными из пленки немагнитного металла, создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение магниторезистивному датчику. На проводнике управления сформирован дополнительный слой из такого же ферромагнитного металла, что и магниторезисторы.
Основным недостатком аналога также является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем и питающим напряжением датчика.
Задача изобретения - повышение точностных характеристик магниторезистивных датчиков и расширение сферы их применения.
Технический результат - повышение показателя чувствительности магниторезистивных датчиков за счет применения системы питания повышенным напряжением и устройства подмагничивания.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение на магниторезистивный датчик, представляющий собой измерительный мост, согласно изобретению измерительный мост запитывают повышенным, относительно установленного значения, питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем, которое генерируют плоской катушкой индуктивности, расположенной в непосредственной близости от магниторезистивного датчика и связанной с ним магнитной связью, далее регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы управления и увеличивают показатель чувствительности за счет увеличения приращения выходного напряжения магниторезистивного датчика.
Сущность способа повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков поясняется чертежами. На фиг.1 изображена блок-схема способа. На фиг.2 изображен график функции напряжения питания магниторезистивного моста от времени. На фиг.3 изображены временные диаграммы управляющих и коммутируемых через устройство подмагничивания токовых импульсов.
Пример конкретной реализации способа.
Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков осуществляется посредством устройств цифровой системы управления 1, соединенной с устройством подмагничивания 2 и устройством управления питанием 3, которые связаны с магниторезистивным датчиком 4.
В начальный момент времени посредством цифровой системы управления 1 подают электрический сигнал в устройство управления питанием 3. На диагональ питания моста (магниторезистивный датчик 4) подают повышенное напряжение, после этого подают сигнал в устройство подмагничивания 2, которое создает магнитное поле в плоской катушке индуктивности, связанной с магниторезистивным датчиком 4 магнитной связью, после чего регистрируют выходное напряжение магниторезистивного датчика 4 и выключают напряжение питания измерительного моста (магниторезистивного датчика 4).
Напряжение, снимаемое с измерительной диагонали моста, определяется выражением (1).
где U - напряжение, снимаемое с измерительной диагонали моста;
R1, R2, R3, R4 - сопротивления плеч моста;
U0 - напряжение питания моста.
Из выражения (1) видно, что при увеличении напряжения питания моста U0 в силу прямопропорциональной зависимости увеличивается приращение напряжения U, что по определению увеличивает чувствительность магниторезистивного датчика. Одновременно с этим увеличение U0 согласно закону Ома приводит к повышению тока I, протекающего через измерительный мост, а следовательно согласно выражению (2) - к повышению выделяемой тепловой мощности, которая строго регламентирована.
где U0 - напряжение питания моста;
P - мощность, выделяемая мостом;
I - электрический ток, протекающий через плечи моста.
Таким образом, с целью повышения показателя чувствительности применяется импульсный характер питания повышенным относительно установленного напряжением, удовлетворяющего выражению (3), как показано на (фиг.2).
где U* - повышенное напряжение питания мостового магниторезистивного датчика, действующее во временном интервале, ограниченном значениями t1 и t2;
U**max - регламентируемое производителем магниторезистивного датчика напряжение питания, действующее во временном интервале, ограниченном значениями t1' и t2'.
Одновременно с этим известно, что чувствительность мостового преобразователя, входящего в состав магниторезистивного датчика, определяется выражением (4).
где R0 - сопротивление магниторезистивного элемента пленки вне действия магнитного поля;
I - электрический ток, протекающий через измерительную диагональ измерительного моста (моста Уинстона);
µ - подвижность носителей зарядов;
B0 - магнитная индукция, наводимая устройством подмагничивания.
Так, в исходном состоянии при условии отсутствия внешнего магнитного поля ориентация магнитных моментов доменов магниторезистивного элемента хаотична, а его суммарный магнитный момент равен нулю. При воздействии на магниторезистивный элемент внешнего магнитного поля, параметры которого стремятся изменить направление магнитных доменов тонкой пермаллоевой пленки, в результате чего домены рабочего тела приобретают преимущественную ориентацию, в целом совпадающую с направлением индукции внешнего поля.
При протекания через подмагничивающую катушку токового импульса генерируется импульсное поле B0>>B.
После считывания и регистрации отклика магниторезистивного сенсорного модуля U0_set следует генерация токового импульса противоположной полярности (Фиг.3.), в результате чего магнитные домены принимают соответствующую ориентацию. И далее, по аналогии с предыдущим воздействием регистрируют отклик измерительной диагонали моста U0_reset, после чего производится расчет среднего значения отклика моста в соответствии с выражением:
Согласно выражению (5) определяется значение напряжения, пропорциональное в конечном итоге индукции исследуемого магнитно поля.
Составим таблицу, наглядно отражающую повышение показателя чувствительности магниторезистивных датчиков.
| В, мкТл | C0 | Cподм | Cпит |
| 50 | 425×10-6α* | 170×10-4α* | 220×10-4α* |
*α=µ2, где: µ - подвижность носителей зарядов в материале магниторезистивного датчика.
По таблице видно, что применение внешнего подмагничивающего поля и запитывание повышенным питающим напряжением приводит к повышению показателя чувствительности магниторезистивных датчиков, так, например, чувствительность без подмагничивания и питания повышенным напряжением составляет 425×10-6α*, а с применением 220×10-4α*. Таким образом показатель чувствительность повышается в 52 раза.
Итак способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков за счет применения системы питания повышенным напряжением и устройства подмагничивания приводит к повышению точностных характеристик и расширению сферы их применения.
Claims (1)
- Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков, по которому создают подмагничивающее поле и подают питающее напряжение на магниторезистивный датчик, представляющий собой измерительный мост, отличающийся тем, что измерительный мост запитывают повышенным относительно установленного значения питающим напряжением импульсного характера и подмагничивают внешним магнитным полем, которое генерируют плоской катушкой индуктивности, расположенной в непосредственной близости от магниторезистивного датчика и связанной с ним магнитной связью, далее регистрируют напряжение на измерительной диагонали моста магниторезистивного датчика, а напряжение диагонали питания измерительного моста устанавливают в ноль, при этом управление осуществляют посредством управляющих импульсов цифровой системы управления и увеличивают показатель чувствительности за счет увеличения приращения выходного напряжения магниторезистивного датчика.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014111530/28A RU2553740C1 (ru) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014111530/28A RU2553740C1 (ru) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2553740C1 true RU2553740C1 (ru) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014111530/28A RU2553740C1 (ru) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2553740C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664868C1 (ru) * | 2017-08-10 | 2018-08-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ балансировки магниторезистивного датчика |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2016373C1 (ru) * | 1990-10-16 | 1994-07-15 | Алексей Сергеевич Юров | Устройство для контроля положения |
| RU2185691C1 (ru) * | 2001-02-16 | 2002-07-20 | Войсковая часть 35533 | Магниторезистивный датчик |
| RU2495514C1 (ru) * | 2012-05-03 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
-
2014
- 2014-03-25 RU RU2014111530/28A patent/RU2553740C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2016373C1 (ru) * | 1990-10-16 | 1994-07-15 | Алексей Сергеевич Юров | Устройство для контроля положения |
| RU2185691C1 (ru) * | 2001-02-16 | 2002-07-20 | Войсковая часть 35533 | Магниторезистивный датчик |
| RU2495514C1 (ru) * | 2012-05-03 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664868C1 (ru) * | 2017-08-10 | 2018-08-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ балансировки магниторезистивного датчика |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11733317B2 (en) | Bipolar chopping for 1/f noise and offset reduction in magnetic field sensors | |
| KR100993928B1 (ko) | 자기브리지형 전류센서, 자기브리지형 전류검출방법, 및상기 센서와 검출방법에 사용하는 자기브리지 | |
| CN103492895B (zh) | 磁检测装置 | |
| Nibir et al. | Wideband contactless current sensing using hybrid magnetoresistor-Rogowski sensor in high frequency power electronic converters | |
| US20150293153A1 (en) | Fluxgate current sensor | |
| JP6166319B2 (ja) | 非接触型直流電流センサ及び該非接触型直流電流センサを用いてなる直流電流計測システム | |
| Nibir et al. | Characterization of magnetoresistors for contactless current sensing in power electronic applications | |
| CN102103193B (zh) | 基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置及其测量方法 | |
| RU2553740C1 (ru) | Способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков | |
| CN110412331B (zh) | 电流感测方法以及电流传感器 | |
| Lopes et al. | MgO magnetic tunnel junction electrical current sensor with integrated Ru thermal sensor | |
| RU2403652C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
| Shede et al. | Leakage current sensing techniques | |
| Cubells-Beltrán et al. | Limitations of magnetoresistive current sensors in industrial electronics applications | |
| RU2279737C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
| EP2746790B1 (en) | Method and circuit for measuring own and mutual thermal resistances of a magnetic device | |
| CN108469594A (zh) | 一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器 | |
| KR101180221B1 (ko) | 자기저항센서를 이용한 전류프로브 | |
| RU2601281C1 (ru) | Магниторезистивный датчик тока | |
| RU2495514C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
| Ferro et al. | Residence Times Difference Fluxgate Magnetometer in “Horseshoe Coupled” Configuration | |
| RU2613588C1 (ru) | Способ определения напряжённости намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом | |
| RU140183U1 (ru) | Магниторезистивный сенсорный модуль | |
| RU2521728C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
| Vala | Advanced AMR sensor using spread spectrum technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160326 |