SU645016A1

SU645016A1 - Device for linearization of displacement sensor output characteristics

Info

Publication number: SU645016A1
Application number: SU772518308A
Authority: SU
Inventors: Евгений Петрович Осадчий; Борис Авраамович Малев; Александр Николаевич Николаев; Владимир Дмитриевич Еськин
Original assignee: Пензенский Политехнический Институт
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1979-01-30

Description

1one

Изобретение относитс к системам автоматического контрол и регулировани и может быть использовано дл измерени перемещени .The invention relates to automatic control and regulation systems and can be used to measure displacement.

В промышленности широко примен ют бесконтактные преобразователи перемеш,ений , основанные на использовании эффекта Холла, содержащие интегральную схему с элементом Холла и магнитную систему с неоднородным магнитным полем 1, 2. Микросхема с элементом Холла расположена между полюсами магнитной системы . При относительном перемещении микросхемы и магнитной системы измен етс индукци магнитного пол и соответственно выходное напр жение элемента Холла. Выходные сигналы с элемента Холла подаютс на микросхему, котора используетс дл их обработки и преобразовани .Non-contact converters based on the use of the Hall effect, containing an integrated circuit with a Hall element and a magnetic system with a non-uniform magnetic field 1, 2 are widely used in industry. The relative movement of the microcircuit and the magnetic system changes the induction of the magnetic field and, accordingly, the output voltage of the Hall element. The output signals from the Hall element are fed to a chip that is used to process and convert them.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс преобразователь перемещений 3, содержащий две магнитные системы в виде посто нных магнитов или электромагнитов с полюсными наконечниками и датчик Холла, расположенный в зазоре, причем линейность выходной характеристики достигаетс тем, что зазор преобразовател образован обращенными друг к другу полюсными наконечниками обеих магнитных систем.The closest to the invention to the technical essence is a displacement transducer 3 containing two magnetic systems in the form of permanent magnets or electromagnets with pole tips and a Hall sensor located in the gap, and the linearity of the output characteristic is achieved by the gap of the converter facing each other pole tips of both magnetic systems.

Недостаток этих преобразователей состоит в их сложности, св занной с необходимостью создани магнитной системы с соответствующей конфигурацией магниткого пол , а также малый динамический диапазон линейности выходной характеристики преобразователей перемещений.The disadvantage of these transducers lies in their complexity, due to the need to create a magnetic system with the appropriate configuration of the magnetic field, as well as the small dynamic range of linearity of the output characteristic of displacement transducers.

Цель изобретени - расщирение динамического диапазона линеаризации выходнойThe purpose of the invention is the broadening of the dynamic range of the linearization of the output

характеристики датчика перемещений.displacement sensor characteristics.

Эта цель достигаетс тем, что в элемент Холла введены два дополнительных электрода , смещенных относительно его измерительных электродо-в на величину, меньшуюThis goal is achieved by the fact that two additional electrodes are introduced into the Hall element, which are displaced relative to its measuring electrodes by an amount smaller than

половины элемента Холла, при этом два одноименных вывода дополнительных и измерительных электродов соединены между собой, а два других подключены к входу усилител , выход которого последовательноhalf of the Hall element, with two of the same output additional and measuring electrodes are connected to each other, and the other two are connected to the input of the amplifier, the output of which is in series

соединен с компаратором и регул тором тока .connected to a comparator and a current controller.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - выходна характеристика элемента Холла.FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 - output characteristic of the Hall element.

Устройство линеаризации выходной характеристики датчиков перемещений содержит элемент Холла 1, два дополнительных электрода 2, 3, смещенных относительно измерительных электродов 4, 5, на величину АХ -, где d - тол1Ц1ша элемента Холла, двухканальный усилитель 6, компаратор 7, один вход .которого С1осди)1ен с источником 8 эталонного на-пр жени , регул тор 9 тока. Устройство,работает следующим образом. При перемещении контролируемого объекта , на котором укреплена система из посто нных магнитов 10, измен етс величина Магнитной индукции магнитного концентратора 11, внутри которого расположен элемент Холла. В результате измен етс выходное напр жение элемента Холла. Линеаризаци выходной характеристики датчика неремещени осуществл етс нутем автоматического поддержаии заданной чувствительности датчика перемещений. В результате смещени дополнительных электродов 2, 3 относительно измерительных электродов 4,5 на величииу получаетс смещение выходных характеристик , снимаемых с измерительных и дополнительных электродо элемента Холла одна относительно другой иа величину Х (см. фиг. 2). Величина квантовани AJ выбираетс из заданной величины относительной погрешности кусочно-линейной аппроксимации выходной характеристики элемента Холла. Если F (X -выходна характеристика элемента Холла, а Ао, Уо - точка на кривой F(X), то требуетс выбрать вторую точку Xi, У на кривой такую, чтобы хорда, проход ща через эти две точки, отклон лась от кривой F(X) не более чем на |, ц. Обозначим через I, г| точку кривой F(X, максимально удаленную от хорды, соедин ющей точки Ji, У и Хй, Уо- Так как крива F(X) не содержит точки нерегиба, то касательна к кривой в точке |, г| должна быть параллельна хорде. Уравнение хорды и касательной соответственно У КХ+Ь-(1) У КХ + В.(2) У1-У А , Ь Уо - Xf Хд . Рассто ние между хордой (1) и касательной (2) Так как эта величина вл етс максимальным удалением кривой X от хорды, то / - - - е гГГ .Реша это уравнение, получаем l/8s /TTlg l . Р (о) 1 Чем больше заданна погрешность аппроксимации , тем больше шаг квантовани может быть выбран. Соедин одпо1 менные концы измерительных и дополнительных электродов, на выходе измерительного и дополнительного электродов получаем разность напр жений координат характеристик, отнесенную к величине смещени указанных электродов, т. е. получаем значение чувствительноети 5 , Эта чувствительность, предварительно усиленна двухканальным усилителем 6, подаетс на компаратор 5, в котором она сравниваетс с посто нным уровнем, равным заданной чувствительности, задаваемым от эталонного источника 8. При изменении неинформативного параметра , например температуры окружающей среды, измен етс напр жение на выходных электродах элемента Холла. Это изменение напр жени приводит к изменению утла наклона выходных характеристик, т. е. измен етс величина реальной чувствительности . В реззльтате сравнени нового значени реальной чувствительности с эталонным уровнем чувствительности, задаваемым от эталонного 8 источника, выдел етс разность напр жений, котора подаетс иа регул тор 9. Регул тор тока отрабатывает ошибку от погрешности неинформативного параметра, нривод таким образом к компенсации изменений напр жений на выходных электродах элемента Холла. Это означает , что реальна чувствительность датчика перемещений остаетс посто нной во всем д гнамическом диапазоне, т. е. выходна характеристика получаетс линейной. Формула и 3 о б р е т е и и Устройство линеаризации выходной характеристики датчика перемещений, содержащее подвижной п неподвижный магннтопроводы с источником МДС, в зазорах которых установлен элемент Холла, подключенный к регул тору тока, усилитель и компаратор, от л и ч а ю ще е-е тем, что, с елью расширени динамического диапазбиа ;пгнеаризации выходной характеристики датчика перемещений, в элемент Холла введены два дополнительных электрода, смеН1 ,енных относительно его измерительных электродов на величи 1у, меньшую полови-ны ТОЛ1ЦИНЫ элемента Холла, при этом два oднoп ieIп ьтx вывода измерительных п доГ;олннтсл 11ых электродов соединены между собой, а два других подключены к входу еилител , выход которого последователь1Ю сосдине г с компаратором и регул тором тока.The device for linearizing the output characteristics of displacement sensors contains a Hall element 1, two additional electrodes 2, 3 displaced relative to the measuring electrodes 4, 5, by the value of AH -, where d is the Hall element 1, a two-channel amplifier 6, a comparator 7, one input of which C1OSDI ) 1en with a source of 8 reference voltages, current regulator 9. The device works as follows. When a controlled object is moved, on which a system of permanent magnets 10 is fixed, the Magnetic induction value of the magnetic concentrator 11, inside which the Hall element is located, changes. As a result, the output voltage of the Hall element changes. The linearization of the output characteristic of the non-displacement sensor is carried out by automatically maintaining the specified sensitivity of the displacement sensor. As a result of the displacement of the additional electrodes 2, 3 relative to the measuring electrodes 4.5 on the magnitude, an offset is obtained of the output characteristics taken from the measuring and additional electrode of the Hall element one relative to another and the value X (see Fig. 2). The quantization value AJ is selected from a predetermined value of the relative error of the piecewise linear approximation of the output characteristic of the Hall element. If F (X is the output characteristic of the Hall element, and Ao, Wo is a point on the F (X) curve, then you need to choose the second point Xi, Y on the curve such that the chord passing through these two points deviates from the curve F (X) not more than |, c. Denote by I, r | the point of the curve F (X, as far as possible from the chord connecting the points Ji, Y and Xy, Wo- Since the curve F (X) does not contain a non-rib point , then the tangent to the curve at the point |, r | should be parallel to the chord. The equation of the chord and the tangent, respectively, Y KX + b- (1) Y KX + B. (2) U1-Y A, b Yo - Xf Xd. between the chord (1) and (2) Since this value is the maximum distance of the X curve from the chord, then / - - - e г Г Р. Solving this equation, we get l / 8s / TTlg l. P (o) 1 The larger the given approximation error, the greater The quantization step can be selected. The alternating ends of the measuring and additional electrodes, at the output of the measuring and additional electrodes, we obtain the difference in voltage of the coordinates of the characteristics related to the displacement value of the indicated electrodes, i.e. we obtain the sensitivity value 5, This sensitivity, the preamplified dual-channel amplifier 6 is fed to a comparator 5, in which it is compared with a constant level equal to a predetermined sensitivity set from a reference source 8. When the non-informative parameter changes, such as the ambient temperature, the voltage of the Hall element changes. This change in voltage leads to a change in the slope of the output characteristics, i.e., the magnitude of the real sensitivity changes. As a result of comparing the new value of the real sensitivity with the reference sensitivity level specified from the reference source 8, the difference of voltages is given, which is applied to the regulator 9. The current regulator works out the error from the error of the non-informative parameter, thus, to compensate for voltage changes output electrodes of the Hall element. This means that the real sensitivity of the displacement sensor remains constant throughout the entire dynamic range, i.e., the output characteristic is linear. Formula and 3 and e and Linearization device of the output characteristic of the displacement transducer, containing movable and fixed fixed conduits with an MDS source, in the gaps of which a Hall element connected to the current controller, amplifier and comparator is installed, from l and h a This is due to the fact that, in order to expand the dynamic range; when the output characteristic of the displacement sensor is ignited, two additional electrodes are inserted in the Hall element, which are H1, less than half of the TOL 1CINES of the Hall element, with two single-pin ieIp output of the measuring terminals; the eleventh electrodes are interconnected, and the other two are connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the current regulator.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д. И. и др. Датчики контрол и регулировани . М., 1965, с. 183-186.Sources of information taken into account during the examination 1. Ageykin DI and others. Sensors of control and regulation. M., 1965, p. 183-186.

2.Авторское свидетельство СССР № 299743, кл. G 01D 5/00, 1970.2. USSR author's certificate No. 299743, cl. G 01 D 5/00, 1970.

3.Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. М., 1971, с. 290.3.Kobus A., Tushinsky Ya. Hall sensors and magnetic resistors. M., 1971, p. 290.

-Ш-Sh

Фиг.гFigg