магниторезистивный датчик перемещений

Формула изобретения

1. МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий закрепленную на диэлектрическом основании пару магниторезистивных элементов, выполненных в виде двух соединенных последовательно змеек со взаимно перпендикулярным направлением дорожек, и установленный с возможностью перемещения постоянный магнит, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаритов, он снабжен второй парой магниторезистивных элементов, выполненной идентично первой паре и присоединенной к ней с образованием мостовой измерительной схемы, в противоположных плечах которой магниторезистивные элементы имеют одинаковое направление дорожек, магниторезистивные элементы обеих пар размещены в параллельных плоскостях, их геометрические центры совмещения и расположены на оси постоянного магнита, который выполнен двухполюсным, а его магнитная ось перпендикулярна к плоскости магниторезистивных элементов.

2. Датчик перемещений по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при измерении линейного перемещения, дорожки одной пары магниторезистивных элементов, включенных в противоположные плечи мостовой схемы, предварительно растянуты, а другой пары - предварительно сжаты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть, использовано для бесконтактного измерения угловых и линейных перемещений.

Известен магниторезистивный преобразователь угла поворота, содержащий постоянные магниты и кольцевой полупроводниковый магниторезистивный элемент [1].

Недостатком такого преобразователя является применение дорогих и чувствительных к температуре полупроводников.

Наиболее близким к изобретению является датчик перемещения, содержащий закрепленные на диэлектрическом основании два магниторезистивных элемента, выполненных в виде соединенных последовательно змеек со взаимно перпендикулярным направлением дорожек, и установленный с возможностью перемещения постоянный магнит [2].

Датчик имеет ограниченную точность, которая зависит от количества установленных на роторе постоянных магнитов. Увеличение числа постоянных магнитов приводит к усложнению конструкции.

Целью изобретения является увеличение точности измерений и уменьшение габаритов магниторезистивного датчика перемещений.

Для этого магниторезистивный датчик перемещений, содержащий закрепленную на диэлектрическом основании пару магниторезистивных элементов, выполненных в виде двух соединенных последовательно змеек со взаимно перпендикулярным направлением дорожек, и установленный с возможностью относительного перемещения постоянный магнит, снабжен второй парой магниторезистивных элементов, выполненной идентично первой паре и присоединенной к ней с образованием мостовой схемы, в противоположных плечах которой магниторезистивные элементы имеют одинаковое направление дорожек. Магниторезистивные элементы обеих пар размещены в параллельных плоскостях, их геометрические центры совмещены и расположены на оси постоянного магнита, который выполнен двухполюсным, а его ось перпендикулярна плоскости магниторезистивных элементов. Кроме того, дорожки одно пары магниторезистивных элементов, включенных в противоположные плечи мостовой схемы, могут быть предварительно растянуты, а другой пары - предварительно сжаты.

На фиг.1 изображен датчик перемещений; на фиг.2 - градуировочная характеристика.

Датчик перемещений содержит установленный с возможностью перемещения двухполюсный постоянный магнит 1, выполненный в виде кольца или прямоугольника, в геометрическом центре которого расположен блок 2 магниторезистивных элементов, закрепленный на диэлектрическом основании 3.

Магниторезистивные элементы выполнены в виде четырех змеек 4-7, склеенных между собой и совмещенных своими геометрическими центрами. Контактные площадки змеек соединены между собой перемычками 8 в резистивный мост таким образом, что змейки с взаимно перпендикулярным направлением дорожек включены в смежные плечи моста, к диагоналям моста подсоединены входные и выходные провода 9. В случае измерения линейных перемещений змейки 5 и 7 с проводящими дорожками, параллельными магнитным силовым линиям, предварительно растянуты, а змейки 4 и 6 с проводящими дорожками, перпендикулярными магнитным силовым линиям постоянного магнита, - сжаты.

Датчик работает следующим образом. При измерении угловых перемещений постоянный магнит 1 поворачивается относительно магниторезистивного элемента 2, при этом электрическое сопротивление змеек 5 и 7 начинает уменьшаться, а змеек 4 и 6 - увеличиваться. Сигналы всех четырех змеек, соединенных в резистивный мост, складываются.

При измерении линейных перемещений магниторезистивный элемент 2 или постоянный магнит 1 перемещаются вдоль продольной оси постоянного магнита. Попадая в зону магнитного поля меньшей напряженности, змейки 4 и 6 увеличивают свое сопротивление, а 5 и 7 - уменьшают, при этом предварительная деформация змеек позволяют удвоить выходной сигнал. Здесь использовано свойство магниторезистивных материалов изменять свою чувствительность к воздействию магнитного поля в зависимости от начальной деформации этих материалов.

Экспериментально обнаружено, что при растяжении проводящих дорожек, ее чувствительность к воздействию магнитного поля увеличивается, если магнитные силовые линии и проводящие дорожки параллельны, и уменьшается, если они перпендикулярны. При сжатии наблюдается обратная картина.

При измерении линейных перемещений чувствительность датчика зависит от градиента напряженности магнитного поля. При измерении угловых перемещений разрешающая способность датчика составляет несколько угловых секунд. Диапазон линейной зависимости выходного сигнала от угла поворота 70^о.