Магниторезистивный преобразователь угла поворота в электрический сигнал Советский патент 1991 года по МПК G01B7/30 

Изобретение от носится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве датчика угла поворота в следящих системах

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения температурной нестабильности преобразователя путем снятия дополнительно о напряжения с того же магниторезистора, что и основное

На фиг. 1 приведена схема преобразователя; на фиг. 2 - схема делителя (напряжения).

Преобразователь содержит источник 1 питания постоянного тока, усилитель 2 (постоянного тока), инвертор 3 (инвертирующий каскад), делитель 4 напряжения первый 5 и второй 6 ключи (аналоговые) компаратор 7, сумматор 8, магниторезистор 9, постоянные магниты 10.

Основные выводы А и А магниторезистора 9 соединены с первым и вторым входами усилителя 2, выход которого соединен с компаратором 7 и вторым входом делителя 4

Дополнительные выводы Б и Б соединены с входами второго ключа 6 выход которого соединен с вторым входом сумматора 8 дополнительные выводы В и В - с входами первого ключа 5 выход которого через инвертор 3 соединен с первым входом сумматора 8, выход которого соединен с вторым входом делителя 4

Управляющие входы ключей 5 и 6 через компаратор 7 связаны с выходом усилителя 2. Выход делителя 4 напряжения является выходом преобразователя Вывод Г магниторезистора 9 соединен с одним выводом источника 1 постоянноготока вывод Г - с другим его выводом

Сумматор 8 реализован таким образом что сигнал X на выходе формируется из входных сигналов У и У2 по правилу X Vi -5У2

VI

О

ю

V4

Он может быть реализован на операционных усилителях, а умножение на 5 обеспечивается соответствующим выбором резисторов.

Делитель 4 (напряжения) может быть реализован, например, следующим образом (фиг. 2) и содержать компаратор 11, цифроаналоговый преобразователь 12(ЦАП) вентиль 13, генератор 14 импульсов, реверсивный счетчик 15, выходной регистр 16.

Второй вход делителя 4 напряжения соединен с первым входом компаратора 11, второй вход которого соединен с выходом ЦАП 12. Первый вход делителя 4 напряжения соединен с вторым входом ЦАП 12, пер- вый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 15 и входом выходного регистра 16. Выход компаратора 11 соединен с первым входом вентиля 13, второй вход которого соединен с выходом re- нератора 14 импульсов. Первый и второй выходы вентиля 13 соединены с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика 15 соответственно. Выходом делителя 4 напряжения является выход регистра 16.

Преобразователь работает следующим образом.

Магнитная цепь образуется двумя постоянными магнитами, выполненными в виде секторов в 90°, закрепленных на оси вращения магниторезистора. При вращении магнита магнитный поток перемещается вдоль магниторезистора, изменяя сопротивление последнего относительно выводов питания Г л Г что приводит к изменению напряжения на выходе преобразователя в функции угла поворота.

Напряжение с основных выводов А4-А поступает на усилитель 2, который в рабочем диапазоне перемещений через компа- ратор 7 управляет ключами 5 и 6. При повороте оси магниторезистора 9 по часо- вой стрелке компаратор 7 подключает через управляющие входы аналоговых ключей 5 и 6 выводы В, и Б магниторезистора 9 к вхо- дам сумматора 8, При повороте против часовой стрелки оси магниторезистора 9 компаратор 7 подключает через управляющие входы аналоговых ключей 5 и 6 выводы Б, и В магниторезистора 9 к входам сумма- тора 8. На выходе усилителя 2 образуется основное напряжение Ко. на выходе сумматора 8 - дополнительное 11д, отношение которых не зависит от температурной нестабильности окружающей среды.

Принимая, что ток, протекающий через магниторезистор 9, равен

Un

R0(K + 1 )

где Un напряжение питания магниторезистора;

RO - сопротивление участка магниторезистора вне действия магнитного поля;

К - коэффициент магниторезистивного отношения.

можно показать, что при алгебраическом сложении в сумматоре 8 его входных сигналов с коэффициентами +1 и -5 (на первом и втором входе)

и - «(К-1) и U° 40(K-M)Un

Ufl(K-f 1) Un где а-угол поворота.

Таким образом, отношение и0/ид не зависит от температуры окружающей среды и пропорционально углу поворота а .

Для идентификации угла поворота можно использовать АЦП (фиг. 2), работающий следующим образом.

На первый вход компаратора 11 поступает сигнал с основных выводов А -А магниторезистора 9, на второй его вход - сигнал с выхода ЦАП 12. Эти сигналы сравниваются и в результате вырабатывается сигнал на выходе компаратора 11, который через вентиль 13 управляет работой реверсивного счетчика 15. При одном знаке сигнала тактовые импульсы с генератора 14 импульсов поступают на вход сложения, а при другом - на вход вычитания. Схема стремится к равновесию, при котором ошибка между сигналами на первом и втором входах компаратора 11 будет минимальной.

В качестве опорного (Коп) напряжения для работы ЦАП 12 используется сигнал с дополнительных выводов магнитореэисто- ра9.

Поскольку магниторезистор 9 находится в одном температурном режиме и изготовлен из однородного материала, то деля сиснал U0 на ид, исключаются температурно- зависимые коэффициенты К, и на выходе делителя 4 напряжения вырабатывается код, зависящий от угла поворота магнитов 10 относительно магниторезистора 9. Сигнал с выхода делителя напряжения снимается с выходного регистра 16.

Формула изобретения

Магниторезистивный преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий первый постоянный магнит, источник питания, магниторезистор, выводы питания которого соединены с источником питания, усилитель и делитель, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности, в него введены второй постоян- ч

ный магнит, два ключа, компаратор, инвертор и сумматор, магниторезистор выполнен в виде кольца, выводы питания расположены диаметрально противоположно, у магниторе- зистора выполнены четыре дополнительных вывода, расположенных попарно симметрично относительно выводов питания и смещенных на углы + 30°, и два основных вывода, расположенных диаметрально противоположно и смещенных относительно выводов питания на 90°, постоянные магниты выполнены одинаковыми в виде секторов с углом 90° и расположены

симметрично относительно оси магниторе- зистора, дополнительные выводы, расположенные у положительного и отрицательного выводов питания, соединены с входами первого и второго ключей соответственно, а основные выводы - с входом усилителя, выход первого ключа через инвертор и выход второго ключа соединены с входами сумматоров, а выход сумматора - с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя и входом компаратора, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве датчика угла поворота. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения температурной нестабильности Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий магнит, источник питания, магниторезистор, усилитель и делитель, дополнительно вводят соответственно соединенные второй магнит, два ключа, компаратор, инвертор и сумматор. Магниторезистор выполняют в виде кольца и снабжают четырьмя дополнительными v двумя основными выводами соот- ветстве нно подсоединяемыми к ключам и усилителю При работе преобразователя формируют основное и дополнительное напряжения, снимаемые с одного магниторе- зистора, отношение которых не зависит от температурных факторов и пропорционально углу поворота магниторезистора относительно магнитов 2 ил со С

10

фиг.1

фиг 2