Датчики для измерения слабых магнитных полей

Заключение. В процессе общего анализа была выбрана микросхема отечественного типа КР1107ПВ3. Рассмотрены его основные технические характеристики и схема включения. Были приведены импульсная схема, входные и выходные данные. Время преобразования этой микросхемы составляет не более 20нс, если учесть, что микросхема имеет внутреннее устройство выборки -хранений (УВХ), тогда время выборки составляет около 8нс. Это означает, что микросхема обладает хорошим быстродействием.

Литература

1. Василий Карлащук. Электронная лаборатория на IBM PC. Litres, 2015, ISBN - 5457779688, 9785457779686.

2. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги Справочник. Перельман Б. Л., Шевелев В. И. «НТЦ Микротех», 1998 г. 376 с. ISBN-5-85823-006-7.

Датчики для измерения слабых магнитных полей Бакытбек Е. Б.

Бакытбек Ершин Бакытбек / ВокЬуЛек ТетзЫп ВокЬуЛек — магистр, кафедра радиоэлектроники и защиты информации, радиотехнический факультет, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск

Аннотация: в статье рассматривается обзор датчиков, предназначенных для измерения параметров постоянных, переменных и импульсных магнитных полей. Выбор типа датчика, наиболее пригодного для применения в устройстве для определения слабых магнитных полей, исследовать характеристики этих датчиков.

Ключевые слова: магнитное поле, датчик Холла, шум, чувствительность, концентратор.

В последнее время в мировой науке интенсивно развивается направление по разработке разнообразных датчиков. Разрабатываются новые конструкции датчиков, предназначенных для измерения давления, плотности, температуры и других физических параметров, определение которых необходимо для управления технологическими процессами. Разработанные или улучшенные с использованием достижений современной науки датчики и системы нашли свое применение в измерительной технике, дефектоскопии, в приборах по определению параметров веществ, в системах управления технологическими процессами и т.п.

На рис.1 показана краткая информация о возможностях различных методов измерения магнитного поля с точки зрения точности и диапазона измерений [1]:

поле

Рис. 1. Точность и пороги измерения магнитного поля разными методами

По результатам аналитического обзора для измерения слабых магнитных полей был выбран датчик Холла. Преимуществами датчика Холла являются большой частотный диапазон и широкий динамический диапазон, перекрывающие все виды других датчиков.

Чувствительность многих датчиков в большой степени зависит от шумовых характеристик. В данной статье был рассчитан тепловой коэффициент шума F в преобразователе Холла, для которых выполняется условие Я12=Я21 [2].

я?

R22 +

Ro +Я11 _1 , R11 , R22

F =-^^ = 1 + +

Наименьшее значение может быть достигнуто в преобразователе Холла при условии равенства сопротивлений в эквивалентной мостовой схеме датчика: Я11 = К22 и К21 = Яп. Минимальное значение коэффициента шума равно Fmin = 7,66 дБ.

Был рассчитан шум при протекании тока в материалах датчика (1^Ь и InAs). Для нахождения токового шума (называемого «белым» шумом) использовалась формула

41У22АГ п N(^+4)2(1 + а2Т2)'

где I - ток через образец, т1 - среднее время жизни носителя в движении, т2 - среднее время жизни носителя в ловушке, А/- полоса пропускания, N - среднее число свободных носителей в образце, а -угловая частота и 1/Т = 1/г;+1/г2. На очень высоких частотах, шумовой ток уменьшается пропорционально к 1/, где/частота.

При расчетах шумового напряжения на 1 Ом используется формула Джонсона: Для теплового шума

и2п1 = 1,65 •10-20 [В2 • с] А/

-22

Для белого токового шума: U^2 = 2,22 • 10 [B2 • c] Af

Применение ферромагнитных концентраторов магнитного потока позволяет проводить измерения слабых магнитных полей, на 2-3 порядка меньших значений, причем без ухудшения шумовых характеристик и временной стабильности. Ферромагнитные концентраторы магнитного потока в большинстве случаев имеют осесимметричную протяженную форму с узким зазором под элемент Холла [3].

Заключение. Проведен обзор различных вариантов датчиков слабых магнитных полей. Предложена перспективность применения в измерениях слабых магнитных полей датчиков Холла с концентраторами магнитного поля. Была рассчитана предельная чувствительность датчика Холла.

В дальнейших работах необходимо минимизировать начальное смещение и дрейф измерительного усилителя, а также шумов датчика (в первую очередь 1 / F шума). Кроме того, необходимо принять меры по компенсации влияния постоянных магнитных полей в точке измерения.

Литература

1. Санфилиппо С. Датчик Холла: физические основы и применение в магнитометрии - Институт Пауля Шеррера, Виллиген. Швейцария, 2010.

2. Burchardt C. B. andStrutt. IEEE Tran. El. Dev., 1964. v. 11, p. 47.

3. Прокошин В. И., Ярмолович В. А., Драпезо А. П. О разработке и применении концентраторов магнитного потока для устройств микромагнитоэлектроники, 2014 г.