Преобразователь перемещений Советский патент 1984 года по МПК G01B7/00 G01B7/30 

1 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано, в частности, для измерения угловых перемещений. Известны преобразователи линейных или угловых перемещений, содержащие источник постоянного магнитного поля чувствительный элемент, выполненный в виде датчикаХолла и связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения, источник питания постоянного тока, подключенный к токовой паре контактов датчика Холла, и блок регистрации, подключенный к потенциальной паре контактов датчика, на ко торой формируется ЭДС, пропорциональ ная величине перемещения П. Недостатком таких преобразователей является ограниченная точность измерений, обусловленная нестабильностью выходной ЭДС датчиков Холла, вызванной различными гальвано- и тер момагнитными явлениями. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является преобразователь перемещений-, содержащий источник по.стоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый стержневой элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, один из кото рых выполнен .инжектируюЕЦИм, и с расиоложенньц ш на боковой поверхности стержневого элемента потенциальными электродами, выполненными в виде емкостного зонда. Источршк питания Постоянного тока подключен между токовыми контактами, а блок регистрации подключен к емкостному зонду и токовому неинжектиругощему контакту, обеспечивая измерение разности фаз напряжений, снимаемых с зонда и с резистора, включенного в токовую цепь преобразователя 21. Недостатком этого преобразователя является его чувствительность к действию различных дестабилизирующих факторов: нестабильности условий окруйшющей среды, например температурь, и нестабильности магнитного поля, что вызьшает понижение точности измерения перемещений. Цель изобретения - повышение точности преобразования перемещений путем компенсации дестабилизирующих факторов. Поставленная цель достигается тем что преобразойатель перемещений, содержащий источник постоянного магнит ного поля, размещенный в нем полупро 7 водниковыи стержневой элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, один из которых выполнен инжектируюш1- м, и с расположенными на его боковой поверхности потенциальными электродами и подключенный между токовыми контактами источник питания постоянного тока-, снабжен регулируемым компеЛсирую1ЦИМ элементом, полупроводниковый стержневой элемент снабжен вторым токовым инжектирующим контактом, выполненным на участке его боковой поверхности между торцовым токовым икясектирующим контактом и потенциальными электродами, а регулируемый компенсирующий элемент подключен между токовыми инжектирующими контактами. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя, предназначенного для измерения угловых перемещений; на фиг. 2 - зависимость частоты его выходного напряжения от угла oL поворота полупроводникового элемента преобразователя относительно направления магнитного поля. Преобразователь перемещений содержит полупроводниковый стержневой чувствительный элемент 1, размещенный в магнитном поле, создаваемом источником 2 постоянного магнитного поля. Он имеет пару торцовых токовых контактов 3 и 4, один из которых (контакт 4) выполнен инжектирующим. К токовым контактам 3 и -4 подключен источник 5 постоянного тока. На боковой поверхности полупроводникового элемента 1 выполнена пара противолежащих один другому потенциальных электродов 6 и 7,к которой через формирователь 8 импульсов подключен блок 9 регистрации, выполненный, например, в виде частотомера. На участке боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента между торцовым токовым инжектирующим контактом 4 и потенциальными электродами 6-7 выполнен второй токовый инжектиpyюшJiй контакт 10, между которьЕм и первым токовым (торцовым) инжектирующим контактом 4 подключен регулируемый компенсирующий элемент 11, например, один или несколько последовательно или параллельно соединенных магниторезисторов или термисторов, или их комбинация. Преобразователь.перемещений работает следующим образом. Под воздействием параллельных электрического и магнитных полей. создаваемых источниками 5 и 2, соответственно, в полупроводниковом стержневом элементе 1 возникает винтовое возмущение электронно-дырочной плазмы, распространяющееся под деист вием электрического поля вдоль стерж невого элемента 1. При определенной критической величине приложенного на пряжения постоянного тока это винтовое возмущение усиливается и преобра зуется в устойчивые колебания тока и поперечного напряжения, снимаемого с электродов 6 и 7, расположенных симметрично на противолежащих боковы поверхностях полупроводникового элемента 1. Частота колебаний тока и напряжения одинакова и зависит от угла oi между электрическим и магнитным полями, а также от концентрации электронно-дырочной плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости. Изменение концентрации плазмы, вызванное какими-либо внещними воздействиями, вызывает Изменение часто ты колебаний тока и поперечного напряжения, При повороте на угол d- полупровод никового стержневого элемента 1, свя зываемсго в процессе измерения с контролируемым объектом, в магнитном поле источника 2 на концентрацию электронно-дырочной плазмы в его тела оказывает влияние величина про, дольной составляющей магнитного поля которая уменьшается, что приводит к уменьшению частоты генерируемых полу проводниковым элементом колебаний на его поперечных потенциальных элек родах 6-7 (фиг. 2). Очевидно, что не стабильность магнитного поля источни ка 2 вызывает погрешность измерения угла oi. поворота стержневого полупроводникового элемента относительно направления сиповых линий магнитного поля. Для компенсации этой погрешности, а также и других дестабилизирующих факторов, например, температуры окружающей среды, служит второй (боковой) инжектирующий токовый контакт 10, предназначенный для изменения плотности электронно-дырочной плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости. При подключении между обоими инжектирующими токовыми контактами (торцовым 4 и боковым 10) регулируемого компенсирующего элемента 11, например цепочки из магниторезисторов или термисторов с заданными характеристиками зависимости их сопротивления в функции соответствующего мешающего (дестабилизирующего) фактора, через инжектирующий токовый контакт 10, обладающий свойствами прямо смещенного р -NW перехода, в объем стержневого элемента 1 осуществляется инжекция избыточных носителей заряда, что приводит к изменению плотности электронно-дырочной плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости, т.е. в области торцового токового инжектирующего контакта 4. Таким образом, при использовании в качестве регулируемого (в функции мешающего фактора) компенсирующего элемента 11, например магниторезистора, сопротивление которого увеличивается при увеличении напряженности магнитного поля источника 2, обеспечивается компенсация нecтaбильнoctи источника магнитного поля. Аналогично, с помощью компенсирующего термистора может быть уменьшена погрешность от влияния нестабильности параметров окружающей среды, например температуры. Благодаря компенсации влияния дестабилизирующих факторов данный преобразователь имеет погрешность измерения угловых перемещений менее 0,01® в заданном диапазоне измерений.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупрбводниковый стержневой элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, один КЗ которых выполнен инжектирующим, и с расположенными на его боковой поверхности потенциальными электродами и подключенный между токовыми контактами источник питания постоянного тока, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности путем компенсации дестабилизирующих факторов, он снабжен регулируемым компенсирующим элементом, полупроводниковьй стержневой элемент снабжен вторым токовым инжектирующим контактом, выполненным на участке его боковой поверхности между торцовым токовым инжектирующим контактом и потенциальными электродами, а регулируеg мый компенсирующий элемент подключен ko между токовыми инжектирующими контактами. с оо ел