UA154118U

UA154118U - MAGNETIC FIELD INDUCTION METER BASED ON A NANOCOMPOSITE MAGNETO-SENSITIVE CAPACITOR

Info

Publication number: UA154118U
Application number: UAU202301394U
Authority: UA
Inventors: Олександр Володимирович Осадчук; Володимир Степанович Осадчук; Володимир Валерійович Мартинюк; Ярослав Олександрович Осадчук; Галина Іванівна Мартинюк
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2023-04-03
Publication date: 2023-10-11

Abstract

Вимірювач індукції магнітного поля на основі нанокомпозитного магніточутливого конденсатора містить джерело постійної напруги, три резистори, біполярний транзистор, дві ємності, причому перший вивід першого резистора з'єднаний з першим полюсом джерела постійної напруги. Введено нанокомпозитний магніточутливий конденсатор, польовий транзистор та індуктивність, другий вивід якої з'єднано з колектором біполярного транзистора та першим затвором польового транзистора, а її перший вивід підключений до першої ємності. Перший вивід другого резистора з'єднано з першим полюсом джерела постійної напруги, а його другий вивід сполучений з першим виводом третього резистора, другий вивід якого підключений до першого резистора, нанокомпозитного магніточутливого конденсатора та першого вивода індуктивності. Перший вивід другої ємності з'єднаний з другим виводом індуктивності та колектором біполярного транзистора, другий же вивід другої ємності підключений до емітера біполярного транзистора, першої ємності та першого резистора, другого полюса джерела постійної напруги, витоку і другого затвора польового транзистора. Нанокомпозитний магніточутливий конденсатор першим виводом з'єднаний з другим виводом третього резистора, базою біполярного транзистора та стоком польового транзистора. Другий вивід першої ємності з'єднаний з другим затвором польового транзистора.The magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor contains a constant voltage source, three resistors, a bipolar transistor, two capacitors, and the first terminal of the first resistor is connected to the first pole of the constant voltage source. A nanocomposite magnetosensitive capacitor, a field-effect transistor and an inductance are introduced, the second lead of which is connected to the collector of the bipolar transistor and the first gate of the field-effect transistor, and its first lead is connected to the first capacitor. The first terminal of the second resistor is connected to the first pole of the constant voltage source, and its second terminal is connected to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the first resistor, the nanocomposite magnetosensitive capacitor, and the first terminal of the inductance. The first terminal of the second capacitor is connected to the second terminal of the inductor and the collector of the bipolar transistor, while the second terminal of the second capacitor is connected to the emitter of the bipolar transistor, the first capacitor and the first resistor, the second pole of the constant voltage source, the leakage and the second gate of the field-effect transistor. The first terminal of the nanocomposite magnetosensitive capacitor is connected to the second terminal of the third resistor, the base of the bipolar transistor and the drain of the field-effect transistor. The second terminal of the first capacitor is connected to the second gate of the field-effect transistor.

Description

Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використана як сенсор вимірювання магнітної індукції в різноманітних пристроях автоматичного керування технологічними процесами.The useful model belongs to the field of control and measurement technology and can be used as a magnetic induction measurement sensor in various devices for automatic control of technological processes.

Відомий вимірювач магнітного поля на основі магніточутливого діода див. БараночниковA well-known magnetic field meter based on a magnetosensitive diode, see Baranochnikov

М.Л. Микромагнитозлектроника. Т І. - М: ДМК Пресс, 2001, с. 60-61, рис. 2.64, ві, який містить магніточутливий діод, джерело живлення та резистор, причому перший і полюс джерела живлення з'єднаний із першим виводом резистора, другий вивід якого утворює першу вихідну клему та підключений до першого виводу магніточутливого діода, другий вивід якого об'єднаний із другим полюсом джерела живлення у загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема.M.L. Micromagnetoelectronics. T. I. - M: DMK Press, 2001, p. 60-61, fig. 2.64, which includes a magnetosensitive diode, a power source and a resistor, the first and pole of the power source being connected to the first terminal of the resistor, the second terminal of which forms the first output terminal and connected to the first terminal of the magnetosensitive diode, the second terminal of which is connected to the second pole of the power source into the common bus to which the second output terminal is connected.

Недоліком такого пристрою є його недостатня чутливість і точність виміру. Це пов'язано з тим, що при малих магнітних полях зміна напруги на магніточутливому діоді є незначною.The disadvantage of such a device is its insufficient sensitivity and measurement accuracy. This is due to the fact that with small magnetic fields, the voltage change on the magnetosensitive diode is negligible.

Найближчим аналогом корисної моделі можна вважати вимірювач магнітного поля з частотним виходом |див. патент України Мо 62367, МПК НО1143/00, 2011, бюл. Мо 16), який містить магніточутливий діод, джерело постійної напруги, перший резистор, загальну шину та дві вихідні клеми, причому перший полюс джерела постійної напруги з'єднаний із першим виводом першого резистора, другий вивід якого підключений до першого виводу магніточутливого діода. Крім того, він містить три біполярних транзистори, шість резисторів та три ємності, причому перший вивід другого резистора з'єднаний із другим виводом першого резистора та першим виводом магніточутливого діода, другий вивід третього резистора підключений до бази першого біполярного транзистора, емітер якого з'єднаний із першими виводами четвертого резистора та першої ємності, другі виводи яких підключені до емітера другого біполярного транзистора, колектор першого біполярного транзистора з'єднаний із першим виводом п'ятого резистора, емітером третього біполярного транзистора і першим виводом другої ємності та утворює першу вихідну клему, другий вивід другої ємності з'єднаний із першим виводом сьомого резистора та базою третього біполярного транзистора, колектор якого з'єднаний із першим виводом першого резистора, другим виводом сьомого резистора, першим виводом третьої ємності та першим полюсом джерела постійної напруги, другий вивід п'ятого резистора з'єднаний із першим виводом шостого резистора та базою другого біполярного транзистора, колектор якого з'єднаний із другими виводами другого та шостогоThe closest analogue of a useful model can be considered a magnetic field meter with a frequency output | see patent of Ukraine No. 62367, IPC NO1143/00, 2011, bull. Mo 16), which contains a magnetosensitive diode, a constant voltage source, a first resistor, a common bus and two output terminals, and the first pole of the constant voltage source is connected to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the magnetosensitive diode. In addition, it contains three bipolar transistors, six resistors and three capacitors, and the first terminal of the second resistor is connected to the second terminal of the first resistor and the first terminal of the magnetosensitive diode, the second terminal of the third resistor is connected to the base of the first bipolar transistor, the emitter of which is connected with the first terminals of the fourth resistor and the first capacitor, the second terminals of which are connected to the emitter of the second bipolar transistor, the collector of the first bipolar transistor is connected to the first terminal of the fifth resistor, the emitter of the third bipolar transistor and the first terminal of the second capacitor and forms a first output terminal, the second the terminal of the second capacitor is connected to the first terminal of the seventh resistor and the base of the third bipolar transistor, the collector of which is connected to the first terminal of the first resistor, the second terminal of the seventh resistor, the first terminal of the third capacitor and the first pole of the constant voltage source, the second terminal of the fifth resistor connected to the first terminal of the sixth resistor and the base of the second bipolar transistor, the collector of which is connected to the second terminals of the second and sixth

Зо резисторів, другим виводом третьої ємності та другим полюсом джерела постійної напруги, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема.From the resistors, the second terminal of the third capacitor and the second pole of the constant voltage source, which form a common bus, to which the second output terminal is connected.

Недоліком такого пристрою є обмежені функціональні можливості та складність конструкції.The disadvantage of such a device is the limited functionality and complexity of the design.

В основу корисної моделі поставлена задача створення вимірювача індукції магнітного поля на основі нанокомпозитного магніточутливого конденсатора, в якому за рахунок зміни конструкції, а саме введення нових елементів та зв'язків досягається можливість перетворення на високих струмах індукції в частоту, що приводить до розширення функціональних можливостей пристрою, крім того, спрощується конструкція.The basis of a useful model is the task of creating a magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor, in which, due to a change in design, namely the introduction of new elements and connections, the possibility of converting high induction currents into frequency is achieved, which leads to the expansion of the device's functional capabilities , in addition, the design is simplified.

Поставлена задача вирішується тим, що вимірювач індукції магнітного поля на основі нанокомпозитного магніточутливого конденсатора, містить джерело постійної напруги, три резистори, біполярний транзистор, дві ємності, згідно з корисною моделлю, введено нанокомпозитний магніточутливий конденсатор, польовий транзистор, індуктивність, причому перший вивід першого резистора з'єднаний з першим полюсом джерела постійної напруги, другий вивід індуктивності з'єднано з колектором біполярного транзистора та першим затвором польового транзистора, а її перший вивід підключений до першої ємності, перший вивід другого резистора з'єднано з першим полюсом джерела постійної напруги, а його другий вивід сполучений з першим виводом третього резистора, другий вивід якого підключений до першого резистора, нанокомпозитного магніточутливого конденсатора та першого виводу індуктивності, перший вивід другої ємності з'єднаний з другим виводом індуктивності та колектором біполярного транзистора, другий вивід другої ємності підключений до емітера біполярного транзистора, першої ємності та першого резистора, другого полюса джерела постійної напруги, витоку і другого затвора польового транзистора, нанокомпозитний магніточутливий конденсатор першим виводом з'єднаний з другим виводом третього резистора, базою біполярного транзистора та стоком польового транзистора, другий вивід першої ємності з'єднаний з другим затвором польового транзистора.The task is solved by the fact that the magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor contains a source of constant voltage, three resistors, a bipolar transistor, two capacitors, according to a useful model, a nanocomposite magnetosensitive capacitor, a field transistor, an inductance are introduced, and the first output of the first resistor connected to the first pole of the constant voltage source, the second terminal of the inductor is connected to the collector of the bipolar transistor and the first gate of the field-effect transistor, and its first terminal is connected to the first capacitor, the first terminal of the second resistor is connected to the first pole of the constant voltage source, and its second terminal is connected to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the first resistor, the nanocomposite magnetosensitive capacitor and the first terminal of the inductor, the first terminal of the second capacitor is connected to the second terminal of the inductor and the collector of the bipolar transistor, the second terminal of the second capacitor is connected to the emitter of the bipolar transistor, the first capacitor and the first resistor, the second pole of the constant voltage source, the leakage and the second gate of the field-effect transistor, the nanocomposite magnetosensitive capacitor with the first terminal connected to the second terminal of the third resistor, the base of the bipolar transistor and the drain of the field-effect transistor, the second terminal of the first capacitor is connected with the second field-effect transistor gate.

На кресленні зображено загальний вигляд вимірювача індукції магнітного поля на основі нанокомпозитного магніточутливого конденсатора.The drawing shows the general view of a magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor.

Пристрій містить джерело постійної напруги 10, три резистори - 9, 8, 1 відповідно, біполярний транзистор 4, дві ємності 7 та 5, нанокомпозитний магніточутливий конденсатор 2, польовий транзистор 3, індуктивність 6, причому перший вивід першого резистора 9 з'єднаний з бо першим полюсом джерела постійної напруги 10, другий вивід індуктивності б з'єднано з колектором біполярного транзистора 4 та першим затвором польового транзистора 3, а її перший вивід підключений до першої ємності 7, а також перший вивід другого резистора 8 з'єднано з першим полюсом джерела постійної напруги 10, а його другий вивід сполучений з першим виводом третього резистора 1, другий вивід якого підключений до першого резистора, нанокомпозитного магніточутливого конденсатора 2 та першого вивода індуктивності б, при цьому перший вивід другої ємності 5 з'єднаний з другим виводом індуктивності 6 та колектором біполярного транзистора 4, а другий вивід другої ємності 5 підключений до емітера біполярного транзистора 4, першої ємності 7 та першого резистора 9, другого полюса джерела постійної напруги 10, витоку і другого затвора польового транзистора 3, нанокомпозитний магніточутливий же конденсатор 2, першим виводом з'єднаний з другим виводом третього резистора 1, базою біполярного транзистора 4 та стоком польового транзистора 3, тоді як другий вивід першої ємності 7 з'єднаний з другим затвором польового транзистора 3. Причому, магніточутливий конденсатор виконаний она основі нанокомпозитного матеріалу р- метоксо(купруміцІї), бісмут(П)) ацетилацетонату (І), такого складу: Си З ВІ(АА) 4 (ОСН 3) 5, деThe device contains a constant voltage source 10, three resistors - 9, 8, 1, respectively, a bipolar transistor 4, two capacitors 7 and 5, a nanocomposite magnetosensitive capacitor 2, a field-effect transistor 3, an inductance 6, and the first terminal of the first resistor 9 is connected to the the first pole of the constant voltage source 10, the second output of the inductor b is connected to the collector of the bipolar transistor 4 and the first gate of the field-effect transistor 3, and its first output is connected to the first capacitor 7, and the first output of the second resistor 8 is connected to the first pole of the source constant voltage 10, and its second terminal is connected to the first terminal of the third resistor 1, the second terminal of which is connected to the first resistor, the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2 and the first terminal of the inductor b, while the first terminal of the second capacitor 5 is connected to the second terminal of the inductor 6 and the collector of the bipolar transistor 4, and the second terminal of the second capacitor 5 is connected to the emitter of the bipolar transistor 4, the first capacitor 7 and the first resistor 9, the second pole of the constant voltage source 10, the leakage and the second gate of the field-effect transistor 3, the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2, the first terminal with connected to the second lead of the third resistor 1, the base of the bipolar transistor 4 and the drain of the field-effect transistor 3, while the second lead of the first capacitor 7 is connected to the second gate of the field-effect transistor 3. Moreover, the magnetosensitive capacitor is made on the basis of the nanocomposite material p-methoxo(copper ), bismuth (P)) acetylacetonate (I), with the following composition: Сy Z VI(AA) 4 (ОСН 3) 5, where

НАА - Н 3 С-С(0)-СН 2 -С(О0)-СН 3.NAA - H 3 С-С(0)-СН 2 -С(О0)-СН 3.

Вимірювач індукції магнітного поля на основі нанокомпозитного магніточутливого конденсатора працює таким чином.A magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor works as follows.

В початковий момент часу магнітне поле не діє на нанокомпозитний магніточутливий конденсатор 2. Джерело постійного живлення 10 задає режим живлення нанокомпозитного магніточутливого конденсатора 2. Підвищення значення напруги джерела постійної напруги 10 досягається така її величина, що на електродах колектор біполярного транзистора 4, перший затвор польового транзистора З та другий затвор, витік, польового транзистора 3, емітер, біполярного транзистора 4, виникає від'ємний диференційний опір, який компенсує втрати в коливальному контурі автогенератора, що приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору транзисторної структури з ємнісною складовою на електродах колектор, біполярного транзистора 4, перший затвор, польового транзистора З та другий затвор, витік, польового транзистора 3, емітер, біполярного транзистора 4 та паралельним включенням другої ємності 5 до еквівалентної ємності, для вибору частоти генерації та індуктивністю 6. Третій резистор 1 утворює дільник напруги, якийAt the initial moment of time, the magnetic field does not act on the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2. The constant power source 10 sets the power supply mode of the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2. The increase in the voltage value of the constant voltage source 10 reaches such a value that on the electrodes of the collector of the bipolar transistor 4, the first gate of the field-effect transistor From the second gate, the leakage, of the field-effect transistor 3, the emitter of the bipolar transistor 4, a negative differential resistance arises, which compensates for the losses in the oscillating circuit of the autogenerator, which leads to the occurrence of electrical oscillations in the circuit, which is formed by the parallel inclusion of the total resistance of the transistor structure with capacitive component on the electrodes of the collector, bipolar transistor 4, the first gate, field-effect transistor C and the second gate, drain, field-effect transistor 3, emitter, bipolar transistor 4 and the parallel inclusion of the second capacity 5 to the equivalent capacity, to select the generation frequency and inductance 6. The third resistor 1 forms a voltage divider which

Зо разом з джерелом постійної напруги 10 та нанокомпозитним магніточутливим конденсатором 2 здійснюють електричне живлення польового транзистора З та біполярного 4, а перша ємність 7 запобігає проходженню змінного струму через джерело постійної напруги 10. Перший резистор 9 та другий резистор 8 служать подільниками напруги, що задають режим роботи коливального контуру. При наступній дії магнітного поля на нанокомпозитний магніточутливий конденсатор 2 змінюється ємнісна складова повного опору на електродах колектор, біполярного транзистора 4, перший затвор, польового транзистора З та другий затвор, витік, польового транзистора 3, емітер, біполярного транзистора 4, що викликає ефективну зміну частоти коливального контуру.Zo, together with the constant voltage source 10 and the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2, provide electric power to the field-effect transistor Z and bipolar 4, and the first capacitor 7 prevents the passage of alternating current through the constant voltage source 10. The first resistor 9 and the second resistor 8 serve as voltage dividers that set the mode operation of the oscillating circuit. With the subsequent action of the magnetic field on the nanocomposite magnetosensitive capacitor 2, the capacitive component of the total resistance on the electrodes of the collector, bipolar transistor 4, the first gate, field-effect transistor C and the second gate, leakage, field-effect transistor 3, emitter, bipolar transistor 4 changes, which causes an effective change in frequency oscillating contour.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

A magnetic field induction meter based on a nanocomposite magnetosensitive capacitor containing a constant voltage source, three resistors, a bipolar transistor, two capacitors, and the first terminal of the first resistor is connected to the first pole of the constant voltage source, which is characterized by the fact that a nanocomposite magnetosensitive capacitor is introduced, a field-effect transistor and an inductor, the second terminal of which is connected to the collector of the bipolar transistor and the first gate of the field-effect transistor, and its first terminal is connected to the first capacitor, and the first terminal of the second resistor is connected to the first pole of the constant voltage source, and its second terminal is coupled with the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the first resistor, the nanocomposite magnetosensitive capacitor and the first terminal of the inductor, and the first terminal of the second capacitor is connected to the second terminal of the inductor and the collector of the bipolar transistor, while the second terminal of the second capacitor is connected to the emitter of the bipolar transistor, of the first capacitor and the first resistor, the second pole of the constant voltage source, the leakage and the second gate of the field-effect transistor, and the nanocomposite magnetosensitive capacitor is connected by the first terminal to the second terminal of the third resistor, the base of the bipolar transistor and the drain of the field-effect transistor, while the second terminal of the first capacitor is connected connected to the second gate of the field-effect transistor.