SU855559A1

SU855559A1 - Magnetic field pickup

Info

Publication number: SU855559A1
Application number: SU792775723A
Authority: SU
Inventors: Леонид Наумович Карпиловский; Михаил Ефимович Сахин; Сергей Иосифович Раскин
Original assignee: Предприятие П/Я В-2156
Priority date: 1979-06-04
Filing date: 1979-06-04
Publication date: 1981-08-15

Description

(54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ(54) MAGNETIC FIELD SENSOR

Изобретение относитс к магнитным измерени м. Известен датчик магнитного пол , действие которого основано на эффекте магнитосопротивлени . Датчик выполнен в виде диска из полупроводникового материала 1 . Недостаток датчика заключаетс в его невысокой точности. Наиболее близким к предложенному вл етс датчик, который предназначе дл измерени вертикальной составл ю щей магнитного пол . Этот датчик содержит чувствительный элемент с элек тродами, магнитна ось которого посто нно ориентируетс по вертикаши с помощью ма тника, укрепленного в сис теме карданова подвеса. На ма тникеукреплены также компенсационный магнит и система демпфирующих магнитов перемещающихс при колебани х ма тни ка в непосредственной близости от не подвижно закрепленной провод щей поверхности (тарелка из отожженной меди ) С21. Недостаток известного датчика зак лючаетс в его невысокой точности. Цель изобретени -. повышение точности измерений, Цель достигаетс тем, что в датчике магнитного пол , содержащем полупроводниковый чувствительный элемент с двум электродами и систему демпфировани , чувствительный элемент выполнен в виде шара, на наружной поверхности которого по образукэщей диаметральной плоскости нанесен опо сывающий слой провод щего материала, а перпендикул рно диаметральной плоскости по радиусу шара, выполнен сквозной канал, при этом один электрод закреплен на опо сывающем слое провод щего материала, а второй электрод размещен в сквозном канале и жестко закреплен в центре шара. На фиг. 1 изображен .датчик; на фир. 2 - принцип действи датчика. Датчик представл ет собой чувствительный элемент в виде шара 1, выполненный из полупроводникового материала , обеспечивающего эффект магнитосопротивлени , на наружную поверхность которого в виде по са нанесен тонкий слой провод щего материала 2. Проводник, закрепленный на этом слое, вл етс одним электродом 3. Другим электродом 4 вл етс проводник,закрепленный в центре шара 1 в каналеThis invention relates to magnetic measurements. A magnetic field sensor is known, the effect of which is based on the magnetoresistance effect. The sensor is made in the form of a disk of semiconductor material 1. The lack of a sensor lies in its low accuracy. Closest to the proposed is a sensor that is intended to measure the vertical component of the magnetic field. This sensor contains a sensitive element with electrodes, the magnetic axis of which is constantly oriented vertically with the help of a tambourine fixed in the cardan suspension system. The composite magnet also has a compensation magnet and a system of damping magnets moving with the vibrations of the mouse in the immediate vicinity of the non-movably fixed conductive surface (annealed copper plate) C21. A disadvantage of the known sensor is its low accuracy. The purpose of the invention is. improving the accuracy of measurements. The goal is achieved by the fact that in a magnetic field sensor containing a semiconductor sensing element with two electrodes and a damping system, the sensing element is designed as a ball, on the outer surface of which a protective layer of conductive material is applied along the forming diametral plane, and perpendicular a through-channel is made along the radius of the ball, the one electrode is fixed on the protective layer of the conductive material, and the second electrode is placed en in the through channel and rigidly fixed in the center of the ball. FIG. 1 shows a sensor; on firm. 2 - the principle of the sensor. The sensor is a sensing element in the form of a ball 1, made of a semiconductor material providing the effect of magnetoresistance, on the outer surface of which a thin layer of conductive material 2 is deposited on the outer surface. The conductor fixed on this layer is one electrode 3. electrode 4 is a conductor fixed in the center of the ball 1 in the channel

5 и изолированный от его стенок изол тором б. Нижн часть 7 шара 1 выполнена из материала с большим удельным весом и выполн ет роль груза.Шар 1 целиком погружен свободноплавающим в жидкость 8, котора заключена в закрытом корпусе 9.5 and insulated from its walls by an insulator b. The lower part 7 of the ball 1 is made of a material with a high specific gravity and performs the role of a load. Ball 1 is completely immersed in a free-floating liquid 8, which is enclosed in a closed housing 9.

Предполагают, что датчик помещен во внешнее магнитное поле и его вертикальна составл юща Hg приложена (В точке О - центре шара 1. Рассматривают часть шара 1, ограниченную по ее п оверхности слоем проводника в виде по са, а снизу и сверху условными сечени ми 10 и 11 .(на фиг. 2 - заштрихованна область).Эту область разбивают на большое число дисков Корбино и рассматривают любые два из них, например, граничные диски 12 и 13, лежащие в разных плоскост х .It is assumed that the sensor is placed in an external magnetic field and its vertical component Hg is applied (At point O, the center of ball 1. Consider part of ball 1 bounded by a conductor layer in its form along the top of it, and below and above by conventional sections 10 and 11. (Fig. 2 shows the hatched area). This area is divided into a large number of Corbino disks and any two of them are considered, for example, boundary disks 12 and 13, which lie in different planes.

Максимальный эффект магнитосопротивлени наблюдаетс в диске Корбино в направлении, перпендикул рном току, поэтому диск 12 может регистрировать не величину вертикальной составл ющей Н, а величину ее проекции Н на направление OL, которое перпендикул рно плоскости диска 12, и следовательно , перпендикул рно току в нем. Аналогично, диск 13 может регистрировать величину проекции Н на направление OL. Если рассмотреть другие диски Корбино, на которые разбита область, то можно придти к выводу, что каждый из них регистрирует величину проекций одного и того же вектора -Н на различные направлени . Если устремить число таких дисков к бесконечности и прин ть во внимание,что все они включены квазипараллельно (у них один общий электрод - центральный , а в качестве другого служит слой провод щего материала, нанесенный на боковую поверхность сферы),то . в результате получают -интегральный эффект, т.е. регистрацию ве.гшчины вертикальной составл к)щей Н. Так как сопротивление полупроводника пропорционально зависит от величины Н, то измер его, можно определить величину вертикальной составл ющей.Использу описанный датчик, можно получать результаты, которые не завис т от его угловых перемещений в пространстве ,, вызванных различными случайными в.оздействи ми. Это объ сн етс следующими факторами.The maximum magnetoresistance effect is observed in the Corbino disk in the direction perpendicular to the current, therefore disk 12 can register not the value of the vertical component H, but the value of its projection H on the direction OL, which is perpendicular to the plane of the disk 12, and therefore perpendicular to the current in it . Similarly, the disk 13 can register the magnitude of the projection H on the direction OL. If we consider the other Corbino disks into which the region is divided, then we can come to the conclusion that each of them registers the magnitude of the projections of the same vector -H to different directions. If we push the number of such discs to infinity and take into account that all of them are included quasi-parallel (they have one common electrode — the central electrode, and the other is a layer of conductive material deposited on the side surface of the sphere), then. as a result, an integral effect is obtained, i.e. registering the vertical dimension of H). Since the resistance of a semiconductor is proportional to the magnitude of H, it is possible to determine the magnitude of the vertical component by measuring it. Using the sensor described, it is possible to get results that do not depend on its angular displacements in space , caused by various random effects. This is due to the following factors.

Датчик инвариантен к малым угловым г еремещени м относительно вертикального направлени OZ (фиг.2). Это объ сн етс следующим образом. Предполагают , что в результате малого углового перемещени L направление OL2 занимает положение OZ. Если до этого диск 13 регистрировал проекцию Н. то теперь уже он регистрирует не Н./ а величину искомой вертикальной составл ющей HZ- Аналогично можно былоThe sensor is invariant to small angular displacements relative to the vertical direction OZ (Fig. 2). This is explained as follows. It is assumed that as a result of a small angular displacement L, the direction OL2 takes the position OZ. If before that the disk 13 registered the projection of N. then it already registers not the N. / but the magnitude of the desired vertical component HZ-

бы указать любой другой диск, который при повороте на определенный угол регистрирует величину иском6й вертикальной составл ющей Н.. Поскольку число таких дисков в пределе бесконечно и все они включены как бы параллельно, то в результате получаетс интегральный эффект, т.е.регистраци величины искомой вертикальной составл ющей Н. Под малыми угловыми перемещени ми понимаютс перемещени сс, которые численно не превосход т величину угла раствора о6. , т.е. должно выполн тьс условие .indicate any other disk that, when rotated to a certain angle, registers the value of the required 6th vertical component of H. Since the number of such disks in the limit is infinite and all of them are included as if in parallel, the result is an integral effect, i.e. the vertical component is N. By small angular displacements, we mean the displacements of ss, which do not numerically exceed the value of the angle of solution o6. i.e. condition must be met.

Дл того, чтобы обеспечить выполнение услови , чувствительный элемент полностью погружен свободноплавающим в жидкость, котора выполн ет роль демпфера и гасит (хот и не до конца) возникающие из-за случайных воздействий динамические колебани . Так как чувствительный элемент выполнен в виде шара, то сопротивле ние трени в жидкости при этом минимальное . Нижн часть шара 7 играет дво кую роль: во-первых, она дополнительно демпфирует динамические колебани чувствительного элемента, а во-вторых, благодар ей при статических угловых перемещени х чувствительный элемент все врем занимает положение , при котором направление совпадает с вертикалью.In order to ensure the fulfillment of the condition, the sensing element is completely immersed in a free-floating liquid, which acts as a damper and extinguishes (although not completely) the dynamic oscillations resulting from random effects. Since the sensing element is designed as a ball, the resistance of friction in a liquid is minimal. The lower part of the ball 7 plays a double role: firstly, it additionally damps the dynamic oscillations of the sensitive element, and secondly, because of the static angular displacements, the sensitive element always occupies the position at which the direction coincides with the vertical.

Таким образом, принцип построени датчика и меры по стабилизации егоThus, the principle of building a sensor and a measure to stabilize it

положени в пространстве позвол ют измер ть вертикальную составл ющую магнитного пол , полностью исключа при этом вли ние случайных воздействий на результаты измерени . Это позвол ет повысить точность, отказатьс от сложного анализа результатов измерени с помощью методов теории слу- . чайных процессов, сократить врем , необходимое дл измерени , и получатьPositions in space allow the vertical component of the magnetic field to be measured, completely excluding the effect of random influences on the measurement results. This makes it possible to increase the accuracy, to give up the complicated analysis of measurement results using the methods of the case theory. tea processes, reduce the time required to measure, and obtain

5 более достоверную информацию о величине вертикальной составл ющей магнитного пол .5 more reliable information about the magnitude of the vertical component of the magnetic field.

Claims

Invention Formula

A magnetic field sensor containing a semiconductor sensing element with two electrodes and a damping system, characterized in that it is sensitive in order to improve measurement accuracy. the element is made in the form of a ball, on the outer surface of which a protective layer of conducting material is applied on the outer surface of the diametral plane, and a through channel is made perpendicular to the center plane along the radius of the ball, while one electrode is fixed on the supporting

5 layer of conductive material, and the second