SU1744431A1

SU1744431A1 - Contactless displacement transducer

Info

Publication number: SU1744431A1
Application number: SU874348316A
Authority: SU
Inventors: Валерий Николаевич Сапунов; Тимур Владимирович Персиянов
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электроизмерительный Приборов
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и имеет целью повышение точности бесконтактного датчика перемещений, который содержит плоский магнитопровод 1 с полюсными наконечниками 2, выполненными из ленточного материала , обладающего высокой магнитной проницаемостью. В зазоре магнитопровода 1 между наконечниками 2 установлен двух2 . . коллекторный магнитотранзистор 3. При перемещении стержневого посто нного магнита 5, св зываемого с объемом контрол в процессе измерени , вдоль поверхности магнитопровода происходит линейное увеличение индукции в области мэгниточувст- вительной зоны 4 магнитотранзистора 3 Благодар симметричности конструкции двухколлекторного магнитотранзиатора 3 сигнал на его выходе измен етс по величине и знаку при прохождении магнита мимо его магниточувствительной зоны 4. Сочетание высокочувствительного магнитотранзистора с ленточным магнитолроводом . а также выбор размэров его полюсных наконечников и зазоре между ними и магнито- транзистором обеспечивают высокую крутизну выходной характеристики датчика в слабых магнитных пол х, что позвол ет контролировать линейные перемещени с высокой точностью в расширенном диапазоне измер емых перемещений. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л СThe invention relates to a measuring technique and is aimed at improving the accuracy of a non-contact displacement sensor, which contains a flat magnetic circuit 1 with pole pieces 2, made of a tape material having a high magnetic permeability. In the gap of the magnetic circuit 1 between the tips 2 is installed two. . collector magnetotransistor 3. Moving a rod permanent magnet 5 associated with the volume control during the measurement, along the surface of the magnetic circuit, a linear increase in induction occurs in the magnetic sensitive zone 4 of the magnetotransistor 3. the magnitude and sign of the magnet passing by its magnetically sensitive zone 4. The combination of a highly sensitive magnetotransistor with a ribbon agnitolrovodom. as well as the choice of dimensions of its pole tips and the gap between them and the magnet transistor provide a high steepness of the output characteristics of the sensor in weak magnetic fields, which allows to control linear movements with high accuracy in an extended range of measured displacements. 1 hp ff, 3 ill. (Ls

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени перемещений, например в устройствах позиционного контрол и магнитометрических устройствах в системах управлени автомобильными двигател ми.The invention relates to a measurement technique and can be used for measuring displacements, for example, in position control devices and magnetometric devices in control systems of automobile engines.

Целью изобретени вл етс увеличение точности измерени линейных перемещений путем повышени чувствительности и линейности выходной характеристики благодар использованию ленточного магнитопровода и двухколлекторного магнитотранзистора с продольной магниточувствительной осью.The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring linear displacements by increasing the sensitivity and linearity of the output characteristics due to the use of a tape magnetic circuit and a two-collector magnetotransistor with a longitudinal magnetic sensitive axis.

На фиг. 1 бесконтактный датчик перемещени , общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выходна характеристика датчика.FIG. 1 non-contact displacement sensor, general view; in fig. 2 is a section A-A in FIG. one; in fig. 3 - output characteristic of the sensor.

Бесконтактный датчик перемещений содержит плоский магнитопровод 1, выполненный с полюсными наконечниками 2 из ленточного материала с высокой магнитной проницаемостью, например из феррита, пермалло или из аморфной металлической ленты с минимальной толщиной 20-40 мкм.Contactless displacement sensor contains a flat magnetic core 1, made with pole pieces 2 of a tape material with high magnetic permeability, for example of ferrite, permallo or amorphous metal tape with a minimum thickness of 20-40 microns.

0000

В зазоре магнитопровода 1 между его полюсными наконечниками 2 установлен магниточувствительный элемент, выполненный в виде двухколлекторного магнитотран- ЗиетораЗ, имеющего магниточувствительную ось 00, котора совпадаете продольной осью симметрии магнитопровода 1. Магнитотран- зистор 3 отделен зазором не более 0,2 мм от торцов полюсных наконечников 2 магиито- провода 1, обращенных в зазор и имеющих площадь поперечного сечени , превышающую площадь поперечного сечени магнито- чувствительной зоны 4 магнитотранзистора (фиг. 2). Перпендикул рно плоскости магнитопровода размещен стержневой посто нный магнит 5, св зываемый в процессе измерени с объектом контрол и установленный с возможностью перемещени вдоль продольной оси датчика, совпадающей с продольной осью магнитопровода.In the gap of the magnetic circuit 1 between its pole tips 2 there is a magnetically sensitive element made in the form of a two-collector magnetic Ziethoraz, which has a magnetic sensitive axis 00, which coincides with the longitudinal axis of symmetry of the magnetic core 1. The magnetic transistor 3 is separated by a gap of no more than 0.2 mm from the ends of the polar tips 2 magneto conductors 1 facing the gap and having a cross-sectional area exceeding the cross-sectional area of the magnetosensitive zone 4 of the magnetotransistor (Fig. 2). Perpendicular to the plane of the magnetic circuit, a rod permanent magnet 5 is placed, which is connected in the process of measurement with the object of control and installed with the possibility of movement along the longitudinal axis of the sensor, which coincides with the longitudinal axis of the magnetic circuit.

Дл дополнительной концентрации магнитного пол в магниточувствительной зоне 4 магнитотранзистора 3 на его поверхности могут быть закреплены дополнительные магнитопровод щие накладки 6, размещенные по обе стороны от его маг ни- точувспвйтельной зоны вдоль продольной оси датчика. Эти дополнительные накладки должны превышать по размерам ширину магниточувствительной зоны 4 магнитотранзистора , что обеспечивает равномерное магнитное поле в рабочей зоне магнитотранзистора 3.For additional concentration of the magnetic field in the magnetically sensitive zone 4 of the magnetotransistor 3, additional magnetically conducting plates 6 can be fixed on its surface, placed on either side of its magnetic-radiation zone along the sensor longitudinal axis. These additional pads should exceed the width of the magnetically sensitive zone 4 of the magnetotransistor, which ensures a uniform magnetic field in the working zone of the magnetotransistor 3.

Бесконтактный датчик перемещени работает следующим образом.The contactless displacement sensor operates as follows.

В исходном положении магнит 5 удален от магнитотранзистора 3 и находитс , на краю рабочего диапазона измер емых перемещений . При перемещении посто нного магнита 5 вдоль поверхности магнитопровода 1 в направлении к полюсному наконеч- нику 2 происходит последовательное локальное намагничивание участков магни- топроведа в области под посто нным магнитом , где образуетс доменна зона, по обе стороны от которой магнитные силовые линии направлены в противоположные стороны .In the initial position, the magnet 5 is removed from the magnetotransistor 3 and is located at the edge of the working range of the measured displacements. When moving the permanent magnet 5 along the surface of the magnetic circuit 1 in the direction to the pole tip 2, a consistent local magnetization of the sections of the magnetic conductor in the area under the permanent magnet, where a domain zone is formed, on both sides of which the magnetic lines of force are directed in opposite directions .

По мере перемещени магнита 5 в направлении к магнитотранзистору 3 происходит линейное увеличение индукции В в области магниточувствительной зоны 4 магнитотранзистора 3. Благодар симметричности конструкции двухколлекторного магнитотранзистора 3 нулевой сигнал на выходе датчика (фиг. 3) имееч место при расположении магнита 5 строго над магниточувствительной зоной 4 магнитотранзистора . Поэтому при прохождении магнита 5 мимо магнитотранзистора 3 измен етс пол рность выходного напр жени на выходе датчика. Выходной сигнал датчика вл етс линейной функцией магнитной проницаемости материала магнитопровода, индукции в зазоре магнитопровода и магниточувствительности магнитотранзистора , вследствие чего выходной сигнал датчика измен етс линейно при перемещении посто нного магнита 5.As the magnet 5 moves in the direction of the magnetotransistor 3, a linear increase in induction B occurs in the region of the magnetosensitive zone 4 of the magnetotransistor 3. Due to the symmetry of the design of the two-collector magnetotransistor 3, the zero signal at the output of the sensor (Fig. 3) takes place at the location of the magnet 5 strictly above the magnetically sensitive zone 4 magnetotransistor. Therefore, when magnet 5 passes by magnetotransistor 3, the polarity of the output voltage at the output of the sensor changes. The output signal of the sensor is a linear function of the magnetic permeability of the magnetic material, the induction in the magnetic gap, and the magnetosensitivity of the magnetotransistor, as a result of which the output signal of the sensor changes linearly with the movement of the permanent magnet 5.

0 Повышение чувствительности датчика может быть обеспечено уменьшением зазора между краем кристалла магнитотранзистора 3 и его чувствительной зоной 4. Дл этого на поверхности кристалла методом0 Increasing the sensitivity of the sensor can be ensured by reducing the gap between the edge of the crystal of the magnetotransistor 3 and its sensitive zone 4. To do this, on the surface of the crystal, use the

5 приклейки или электрохимическим наращиванием создаетс дополнительный магнитный канал в виде дополнительных магнитопровод щих накладок 6. Это позвол ет уменьшить указанный зазор до мини0 мальных размеров и дополнительно линеаризовать выходную характеристику, т.е. дополнительно повысить точность датчика .5 bonding or electrochemical expansion creates an additional magnetic channel in the form of additional magnetic conductive plates 6. This allows reducing the specified gap to its minimum size and additionally linearizing the output characteristic, i.e. further improve the accuracy of the sensor.

Транзистор с концентраторами магнит5 ного потока в виде ленточных полюсных наконечников обеспечивает высокую крутизну выходной характеристики датчика в слабых магнитных пол х, что дает возможность определ ть перемещение контролируемогоA transistor with magnetic flux concentrators in the form of pole pole leads provides a high slope of the sensor output characteristics in weak magnetic fields, which makes it possible to determine the displacement of the monitored

0 объекта с высокой точностью в расширенном диапазоне перемещени (до 30 мм). Гибридна технологи позвол ет не только изготовл ть высокоэффективные магнито- управл емые датчики, но и обеспечивает0 object with high accuracy in the extended range of motion (up to 30 mm). Hybrid technology not only makes highly efficient magnetically controlled sensors, but also provides

5 мобильное изменение конструкции их магнитной системы.5 mobile change in the design of their magnetic system.

Claims

Claims 1. Non-contact displacement sensor containing a flat magnetic conductor, a magnetically sensitive element installed in the gap, and. perpendicular to the plane of the magnetic circuit with the ability to move a rod permanent magnet along its surface, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements of linear displacements by increasing the sensitivity and linearity of the output characteristic, the magnetic circuit is made

0 pole pieces of tape material, and the magnetically sensitive element is designed as a two-collector magnetotransistor, installed so that its longitudinal magnetically sensitive

5, the axis coincides with the longitudinal axis of symmetry of the magnetic conductor, and separated by a gap of no more than 0.2 mm from the ends of the pole pieces of the magnetic circuit, facing the gap and having a cross-sectional area exceeding the area

the cross section of the magnetosensitive zone of the magnetotransistor.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that it is provided with additional magnets on the surface of magnetotransference on both sides of the magnetic sensitivity zone along its longitudinal axis and the width of the magnetically exceeding in size

nitropanasuyuschimi plates, placed in a significant zone of the magnetotransistor.

on the surface of the magnetotransistor on both sides of the magnetically sensitive zone along its longitudinal axis and larger than the width of the magnetovevst

jyj

“L ../

Fig2

U06 / X

"at

-12 -5 -6 -3

About 3 6 9 12

X (nm)

ffli / gz