Устройство для измерения индукции магнитного поля Советский патент 1990 года по МПК G01R33/06 

СП

ол

Ф

00 1чЭ 1C

Изобретение относится к магитным измерениям и может быть использовано для измерения величины индукции магнитного поля.

Цель изобретения - повышение точности измерения индукции магнитного поля за сче т компенсации температурной погрешности магнитотранзистора.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на - зависимости вольтовой магниточувствителъ- ности магнитотранзистора от температуры в предлагаемом устройстве (кр.1) и известном (кр,2)„

Устройство для измерения индукции магнитного поля состоит из полевого магнитотранзистора 1 со структурой МДПЦМ, с токовыми электродами 2 и 3 и полевыми электродами 4 и 5. Токо- вый электрод 2 соединен с выходом переключателя 6, входы которого соединены с выходами источника 7 двух- полярного постоянного тока. Точка соединения токового электрода 2 и выход переключателя 6 соединены чере резистор 8 с выходом генератора 9е высокочастотного сигнала, а также . через низкочастотный фильтр 10, преобразователь 11 напряжение - код и последовательный сумматор 12 соединены с входом цифрового регистрирующего блока 13. Токовый электрод 3 подсоединен к общей шине. Полевые электроды 4 и 5 соединены с выходами управляющего импульсного генератора 140 Входы управления переключателя 6, преобразователя 11, сумматора 12, регистрирующего блока 13 и импульсного генератора 15 соединены с выхо дами блока 15 управления. Входы-блока 16 сравнения подключены к токовому электроду 2 и к блоку 17 высокочастотного опорного напряжения, а его выход - к второму входу управляю щего генератора 14,,

Устройство работает в два такта следующим образом.

На магнитотранзистор 1 от источни ка 7 тока и генератора 9 подается постоянное U0 и высокочастотное U, costOt переменное напряжения, при этом U0v U, . Частота высокочастотног сигнала намного больше критической частоты магнитотранзистора, определяемой выражением

D + DEB Р d

QKO J + 2 d-k-T-a

5 0 5

5

где D - коэффициент биполярной диффузии;

d - толщина магнитотранзистора; Е - напряженность электрического

поля;

В - индукция измеряемого магнитного поля;

k - константа Больцмана; Т - температура; а - коэффициент, зависящий от подвижностей электронов и дырок.

В исходном состоянии переключателя 6 электрод 2 магнитотранзистора 1 соединен с выходом + источника 7 постоянного тока, и протекающий через магнитотранзистор ток равен 1 . Во время первого такта работы ис- пульсом, поступающим с блока 15 управления, запускается управляющий импульсный генератор 14, на выходах которого формируются импульсы напряжения одинаковой амплитуды и противоположной полярности. При этом в результате полевого магниторекомби- национного эффекта и эффекта поля на выходе магнитотранзистора 1 (на токовом электроде 2) появляется импульс, амплитуда которого выражается формулой

UB1 K,I, B(S4 - S, ) + К21,Ц + + K3IA.cosCOt,(1)

где К ,, Кг, К- - постоянные коэффициенты, зависящие от параметров полупроводникового материала и емкости маг- нктотранзистора;

S( S - скорости поверхностной рекомбинации на противоположных гранях магнитотранзистора под полевыми электродами, являющиеся функциями напряженности электрического поля.

Первый член в выражении (1) обусловлен полевым ГМР эффектом, а второй появляется в результате неполной взаимной компенсации сигналов эффектов поля. Третья составляющая обусловлена высокочастотным сигналом, который от магнитного поля не зависит и после низкочастотного фильтра 10 на блок 11 не поступает.

Импульсом, поступающим с блока 15 управления после насыщения выходного

импульса магнитотранзигтора 1, запускается преобразователь 11, осуществляющий преобразование напряжения

U

В,

К,1, В + Кг,Г в код, пропорциональный величине , , которая записывается в регистры сумматора 12. После записи импульсами, протекающими с блока 15 управления, осуществляется сброс и подготовка преобразователя 11, а переключатель 6 переводится в состояние, при котором выход - источника 7 постоянного тока соединен с электродом 2 магнито- транзистора 1, В следующем (втором) такте устройство работает так же, как и в предыдущем (первом) такте. Величина и направление тока 1 источником 8 тока устанавливается из условия I Ј -I,, При этом согласно выражению ( 1) во втором такте на сумматор записывается код Мг причем

Na-UH К, I В - ( (2) где Ug - амплитуда выходного импульса магнитотранзистора 1 во втором такте работы.

Согласно выражениям (1) и (2), в конце второго такта на выходе сумматора 13 появляется код, пропорциональный величине измеряемой индукции

N8 И, + ,lf В,(3)

которая регистрируется цифровым регистрирующим блоком I3.

В случае изменения температуры

г

окружающей среды изменяется как вольтовая магниточувствительность (у) магнитотранзистора, так и падающее на нем напряжение высокочастотного сигнала, поступающего через резистор 8 из генератора 9. Высокочастотное напряжение, определяющее сопротивление магнитотранзистора 1, сравнивается в блоке 16 сравнения с высокочастотным опорным напряжением блока 17. При положительной или отрицательной разности этих напряжений (в зависимости от увеличения или уменьшения температуры окружающей среды) соответственно увеличивается или уменьшается напряжение импульсов, поступающих на полевые электроды магнитотранзистора 1, которое увеличивает или уменьшает разность скоростей поверхностной рекомбинации (S4 - S, ) на противоположных гранях и тем самым автоматически регулирует магниточувствительность магнитотранзистора 1. В результате с изменением температуры окружающей среды, маг

ниточувствительность практически сохраняется неизменной.

Измерение магнитного поля было проведено установкой, бпоксхема которой представлена на фиг.1 Установка собрана из стандартных устройств. Магнитотранзистор, изготовленный из германия с удельным сопротивлением

0 Р 40 Ом.см, помещают в магнитное поле В 0,17 Тл и регулируемый термостат, в котором температура изменяется от 20 до 70 Г, На фиг.2 представлена зависимость вольтовой магниг тоуувствительности магнитоуранзистора от температуры (кр.1). С изменением температуры от 20 до 70°С температурный коэффициент магниточув- ствительности (ТКЧ) незначителен

0 и равен 0,1% К (ТКЧ измерялся компенсационным методом). Для сравнения на фиг.2 представлена температурная зависимость магниточувствительности известного устройства, ТКЧ которого

5 0,5-1% К (кр.2). Из сравнения представленных на фиг.2 кривых видно, что ТКЧ предлагаемого устройства меньше в 5-10 раз ТКЧ известного.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность уменьшить температурный коэффициент магниточувствительности, что увеличивает класс точности магниточувствительных приборов,

35

Формула изобретения

Устройство для измерения индукции магнитного поля, содержащее последовательно соединенные двухполярный

источник постоянного тока, переключатель и токовые электроды полевого магнитотранзистора, имеющего структуру металл - диэлектрик - полупроводник - диэлектрик - металл, последовательно соединены преобразователь напряжение - код, последовательный сумматор и цифровой регистрирующий блок, а также последовательно соединенные блок управления

и импульсный генератор, выходы которого подключены к полевым электродам магнитотранзистора, управляющий вход переключателя подключен к вторым выходам блока управления, третий выход которого подключен к опорному входу преобразователя напряжение - код, управляющий вход последовательного сумматора подключен к четвертому выходу блока управления,

пятый выход которого подключен к управляющему входу цифрового регистрирующего блока, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точнести за счет компенсации температурной погрешности магнитотранзис- тора, введены последовательно соединенные .генератор высокочастотного сигнала, резистор и блок сравнения,

а также низкочастотный фильтр и блок высокочастотного опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу импульсного генератора, вход низкочастотного фильтра одновременно подключен к первому входу блока сравнения и выходу переключателя, а выход фильтра - к сигнальному входу преобразователя напряжение - код.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения величины индукции магнитного поля. Цель изобретения - повышение точности измерения индукции магнитного поля - достигается путем компенсации температурной погрешности магниторезисторов. Устройство содержит полевой магниторезистор 1 со структурой МДПДМ с токовыми электродами 2 и 3, и с полевыми электродами 4 и 5, переключатель 6, источник 7 двухполярного постоянного тока, резистор 8, генератор 9 высокочастотных сигналов, низкочастотный фильтр 10, преобразователь 11 напряжение - код, сумматор 12, цифровой региструющий блок 13, управляющий импульсный генератор 14, блок 15 управления, блок 16 сравнения и блок 17 высокочастотного опорного напряжения. Устройство позволяет уменьшить температурный коэффициент магниточувствительности по сравнению с прототипом, что повышает класс точности магниточувствительных приборов. 2 ил.

15

О

1

го §о г°с

фие.2

1