автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование чувствительных элементов систем управления на основе гальваномагнитных эффектов

На правах рукописи

Ханова Лина Алексеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫХ

ЭФФЕКТОВ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань 1997

Работа выполнена на кафедре "Информатики, вычислительной тех ники и связи" Астраханского государственного технического универси тета. 1

Научный руководитель - доктор технических наук, профессо

заслуженный деятель наук Башкири академик МАИ Зарипов М. Ф.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессо

Ураксеев М А.

кандидат технических наук, старши научный сотрудник Акилов А.И.

Ведущее предприятие: АООТ "Астраханский Станкостроительный завод"

Защита состоится 1997 года в часов на за-

седании диссертационного совета! К 117.07.02 в Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного технического университета.

Автореферат разослан " /¿¿¿<£^¿1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

И.Ю. Петровг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: В связи с интенсивной автоматизацией всех сфер человеческой деятельности, широким использованием вычислительной техники и внедрением новых информационных технологий потребность в первичных источниках информации (датчиках) неуклонно растет. Этим обусловлена потребность в интенсификации их производства. Разработка новых датчиков требует использования новейшей и разнообразной информации о достижениях фундаментальной и прикладной наук, а именно: о новых физических явлениях, эффектах, материалах с новыми свойствами. А для ускорения темпов производства требуется автоматизация процесса проектирования и конструирования.

В работах И.Ю. Петровой и М.Ф. Зарипова разработан единый системный подход к анализу и синтезу элементов систем управления, основанный на энерго-информационных моделях цепей (ЭИМЦ) различной физической природы. Эффективность созданной на основе ЭИМЦ автоматизированной системы синтеза новых технических решений "Интеллект" невозможна без глубокого изучения физических процессов и особенно процессов во вновь открываемых эффектах и представления этих эффектов через информационные модели.

Высоким потенциалом в этом направлении обладают гальваномагнитные эффекты (ГМЭ), которые скрывают в себе множество невыяв-ленных возможностей. Яркими свидетельствами этого являются открытый в 1980 г. К. фон Клитцингом квантовый эффект Холла и открытый в 1988 г. М.Н. Бейбихом гигантский магниторезистивный эффект.

Датчики, работа которых основана на гальваномагнитных эффектах, отличаются малыми габаритами и потребляемой мощностью, возможностью питания их от стандартного источника постоянного напряжения в диапазоне 5-12 В, совместимостью по питанию и выходным сигналам со стандартными интегральными схемами, высокой надежностью при соответствующем использовании и относительно низкой стоимостью. Особое распространение получили датчики на основе эффекта

Холла и магниторезистивного эффекта. Поэтому задача информацио ного исследования ГМЭ и представления их через ЭИМЦ является акт альной.

Теоретические и практические исследования, выполненные в ди сертации, являются частью госбюджетной НИР Астраханского госуда ственного технического университета. "Разработка методических основ инструментальных средств для создания интегрированных баз знанш (№ ГР 01.9.70 004952) на 1995-96 гг.

Цель работы: Разработка информационного обеспечения д; ГМЭ с целью пополнения баз знаний автоматизированной системы chi теза новых технических решений "Интеллект". Разработка методик расчета погрешностей на основе энерго-информационного метод Анализ источников возникновения погрешностей и экспериментальнс исследование датчика Холла (ДХ).

Методы исследований. В работе использован энерп информационный метод анализа чувствительных элементов систе управления. При анализе научно-технической литературы применялас методика выявления обобщенных приемов улучшения эксплуатацио! ных характеристик гальваномагнитных датчиков (ГМД). Результат диссертационной работы получены с использованием методов дифф( ренциального и интегрального исчислений, теории погрешностей, мет< дов статистической обработки результатов измерений. Численные ра< четы производились с использованием пакета Mathcad 6.0 PLUS .

Научная новизна результатов полученных в диссертации, заклк чается в следующем:

1. Анализ обобщенных приемов улучшения эксплуатационных х< рактеристик ГМД показал, наиболее перспективными являются коне руктивные и технологические приемы, а наиболее эффективными и уш версальными являются принцип гибридно-модульной сборки, дифф(

унциальная схема включения элементов и использование магнитного онцентратора.

2. Разработаны энерго-информационные модели эффекта тока Солла, эффекта Холла в ферромагнетиках, планарного эффекта Холла, ланарного эффекта Холла в ферромагнетиках, дробного квантового ффекта Холла, анизотропного магниторезистивного эффекта, гигант-кого магниторезистивного эффекта и магнитоконцентрационного эф-, екта, что повысило информативность автоматизированного банка дан-ых (АБД) по физико-техническим эффектам (ФТЭ).

3. Разработана и предложена методика расчета погрешности чувст-тгельных элементов с использованием ПСС, которая основана на при-енении новых типов элементарных звеньев, построенных на графиче-сом представлении источников систематической и случайной погреш-эстей, а также составлена классификационная таблица источников воз-чкновения погрешностей ДХ в которой оценена величина каждой со-авляющей погрешности.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1 .Разработаны морфологические матрицы ГМЭ, которые являются [формационным обеспечением для пополнения автоматизированной [стемы синтеза новых технических решений "Интеллект" и позволяют 1 несколько порядков увеличить число вариантов конструктивных реа-1заций технического объекта и выбрать из них наиболее полно отве-ющие поставленным требованиям.

2.В результате опытной эксплуатации АБД ФТЭ получено 23 реше-[я для ЧЭ электрического тока на ГМЭ. Ранжирование выявленных хнических решений по эксплуатационным характеристикам показало, о наиболее эффективным является использование гигантского магни-резистивного эффекта.

3.Разработанная система измерения частоты вращения вала микро-игателя внедрена в учебном процессе по дисциплине

"Микропроцессорные средства", рекомендована к внедрению в ЗА "Судосервис" и др.

4.АБД ФТЭ с введенными автором ГМЭ используется в учебно процессе по дисциплине "Основы технического творчества" для спет альностей 220200, 210200.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывали« на VIII и IX научно-технических конференциях с участием зарубежнь специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измер ния, контроля и управления"(Гурзуф, 1996-1997 гг.); Международно научно-технической конференции "Инновационное проектирование образовании, технике и технологии"(Волгоград, 1995г.); I-III Междун родных научно-технических конференциях "Новые информационнь технологии в региональной инфраструктуре"(Астрахань, 1994, 199 1997 гг.); на научно-технических конференциях в Астраханском гос; дарственном техническом университете (Астрахань, 1995-1997 гг.).

Публикации: По материалам выполненных исследовании опубл! ковано 13 печатных работ, в том числе 1 Препринт доклада Президиул Академии технологических наук РФ, 2 статьи в межвузовских сборн! ках трудов. В автореферате приведен список публикаций по теме ди сертации.

Структура и объем работы: Диссертационная работа coctoi из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 125 страницах м шинописного текста, содержит 36 рисунков и 34 таблицы. Список лит ратуры включает 92 наименования.

На защиту выносятся следующие результаты:

♦ Классификация обобщенных приемов улучшения основных эк плуатационных характеристик ГМД.

мистики, рассчитанные по новым числовым значениям параметров и :войств образцов,

♦ Морфологические матрицы ГМЭ.

♦ Методика расчета и новые звенья для расчета погрешности чувствительных элементов по ПСС.

♦ Результаты экспериментальных исследований системы измерения частоты вращения на основе ДХ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе, предложена классификация ГМД по типу преобразователя, по виду и уровню выходного сигнала, типу материала и техно-погии производства.

Разработаны классификационные таблицы улучшения основных эксплуатационных характеристик для ДХ (табл. 1) и магниторезисторов 'МР) (табл.2), согласно которым наиболее перспективными являются конструктивные (50%) и технологические (33%) приемы. Анализ обобщенных приемов улучшения эксплуатационных характеристик ГМД показал, что наибольшее внимание разработчиков направлено на повышение точности и чувствительности. Кроме того, для МР особое внимание уделяется устранению нелинейности выходной характеристики преобразователей.

Анализ классификационной табл. 1 для ДХ позволил сделать вывод, что наиболее эффективными и универсальными (направленными на улучшение как минимум двух эксплуатационных характеристик) приемами являются принцип гибридно-модульной сборки (изготовление ДХ в виде МЧИС) и использование ДХ со сверхрешеткой.

Анализ классификационной табл. 2 для МР показал, что для МР универсальными приемами являются использование МР с магнитным смещением и включение МР по мостовой схеме. Наиболее перспектив-

Классификация приемов улучшения основных эксплуатационных _характеристик датчиков Холла_

Обобщенны е методы Обобщенные цели

Повышение точности Повышение чувствительности Повышение надежности Уменьшение погрешности

Конструктивные 1. Длинные образцы Холла (а/Ь>3) 2. Контакты трапецеидально» формы 1. Помещение ДХ в зазор магнитного концентратора 1. Помеще ние ДХ в керамическу ю оболочку 1. Устранение ЭДС неэквипо-тенциапьности, с помощью компенсационных схем

2. Минимизация величины немагнитного зазора 2. Заливка ДХ эпоксидной смолой

3. Днфференциа льная схема включения ДХ 4. Использовани е принципа "закручивания магнитного поля" 2. Использован не схем термостабилизации

3. ДХ с МДП-структурой 3. Покрыти е корпуса микросхемы лаком УР-231 3. Минимизаци я величины немагнитного зазора.

Технологические 5. Принцип гибридно-модульной сборки 1. Использова ние КНИ-структуры 2. Планарно-эпитаксиальная технология изготовления ДХ 3. Использова ние технологии прецензионной обработки 1. Принцип гибридно-модульной сборки 1. Скрутить вместе выводы токовых электродов

6. Применение квантового эффекта Холла

Использование новых материалов 1Е: Использовани ^етаошаййй 4. Применение гетероструктур. 5^:Использова сверхрещеткой Применение ферромагнитных материалов

Классификация приемов улучшения основных эксплуатационных ха-_рактеристик магниторезисторов_

Обобщены ые методы Обобщенные цели

Повышение точности Снижение нелинейности Повышение чувствительности

Конструктивные 1. Изготовление МР в виде диска Корбино 2. Использование коротких образцов (а/Ъ>3) 3. Шунтирование МР 1. Смещение постоянным магнитным полем 1. Помещение МР в зазор магнитного концентратора

2. Смещение ориентацией задающего тока 3. Включение МР дифференциально 4. Включение МР по мостовой схеме-' 2. Создание вращающегося магнитного поля смещения МР 3. Включение МР по мостовой схеме • •

Технологические 1. Принцип гибридно-модульной сборки 5. Вакуумное напыление 1. Увеличение толщины немагнитных прослоек 2. Электролитическо е осаждение 3. Текстурирование пленок Оптимальное сочетание сплавных компонентов в магнитных слоях

2. Очистка подложек 3. Легирование 1п8Ь (например, МБЬ) 6; Элекхролитичёск ое осаждение.

Использование новых материалов 1. Использование пленок Ре№Со или Ре№ 1. Использование материалов с гигантским магнито-сопротивлением 1. Использование материалов с гранулированной структурой 2. Использование многослойных ферромагнитных пленок

иым направлением является использование материалов с гигантским

иагнитосопротивлением. Сравнительный анализ приемов для МР и ДХ тозволил выявить общие приемы улучшения основных эксплуатационных характеристик: принцип гибридно-модульной сборки, дифференциальная схема включения элементов, помещение элементов в зазор магнитного концентратора, использование ферромагнитных материалов.

По результатам обзора выявлены значения основных эксплуатаци онн'ых характеристик ДХ и МР, которые использованы при составлени паспортов соответствующих им эффектов. Выявлены конструктивны признаки для построения морфологических матриц.

Во второй главе разработана классификация гальваномагнитны; эффектов, в которой собраны и систематизированы по видам материа лов образцов (полупроводники и ферромагнетики) разновидности дву; основных типов гальваномагнитных эффектов: эффекта Холла и магни торезистивного эффекта.

На основе ЭИМЦ разработаны информационные модели гальвано магнитных эффектов. Составлены ПСС ГМЭ, отражающие физически! принцип действия ФТЭ; выведены формулы эффектов согласно теори! ЭИМЦ; формулы коэффициентов межцепной связи и определены и: значения для микроисполнения (объем не более 10"6 м3); рассчитаны ос новные эксплуатационные характеристики для каждого гальваномаг нитного ФТЭ; произведена подборка библиографического материала содержащего сведения по данному ФТЭ; разработаны эскизы конструк тивных реализаций ФТЭ с учетом графического представления стыков ки данного элемента с другими элементами через каналы (или полюса передачи информации (или энергии) входных и выходных величин Пример составления паспорта ФТЭ гигантского магниторезистивпог< эффекта:

1

Рис. 1.

а

6)

Гигантский магниторезистивный эффект - физические основы ГМРЭ; 6 - ПСС ГМРЭ.

Паспорт гигантского магннторезистивного эффекта

Гигантский магниторезистивный эффект

ДЯ-> —К1 ЦрЛэ и„

ии

АЛ

1//Л»

1,=сопй

АК,

Я,

и,

О-я,

К,

ЦцИз

Ом

АНе - изменение внешнего магнитного поля, А/м; АЯ - изменение сопротивления, соответствующее изменению внешнего магнитного поля ЛНе, Ом;

- сопротивление многослойной структуры при насыщении всех магнитных слоев в одном направлении, Ом;

- добротность,

- длина образца, м.

Я

я ■

Чувствительность: 2,3-10 Ом/А; Нелинейность: 1%; *

Надежность: 10"5-¿-Ю^отк/час;

Л<г= 800 Ом АЯ/Яо =10000 /я=7-10'7 м2 5=8 Т

Д=20%/(А/м)

Розенблат М.А. Гальваномагнитные датчики. Состояние и перспективы развития // Автоматика и телемеханика. 1997. - № 1. -С. 34-40.

Розенблат М.А. Новые достижения и направления в развитии магнитных датчиков // Приборы и системы управления. 1996. - № 9.-С. 42-50.

у» Г

Гигантский магниторезистивный эффект заключается в зависимости сопротивления ферромагнитных многослойных тонких пленок от угла между векторами намагниченности в соседних магнитных слоях.

Разработала: Ханова А.А.

Структуры с ГМРЭ характеризуются чувствительностью (или добротностью):

D =

AR,RS АН.

м 1

(1)

где Rs - сопротивление многослойной структуры при насыщении всех магнитных слоев в одном направлении, Ом.

Согласно ЭИМЦ, учитывая, что АНе=и/1м, AR=ЛRЭ формулу (1) можно записать в виде:

„г „ (2)

AR ,=■

S ~ ^Ч/цЯэ^Ц ,

где К Ufjb - коэффициент ГМРЭ по ЭИМЦ

jfr U\Ub

D-ARа

Ом

(3)

ПСС ГМРЭ представлена на рис. 1,6. Паспорт ГМРЭ в таблице 3.

Анализ эксплуатационных характеристик гальваномагнитных эффектов показал, что наибольшей чувствительностью обладает гигантский магниторезистивный эффект (2,3-108 Ом/А),кроме того все гальваномагнитные эффекты в ферромагнетиках имеют значения чувствительности на порядок больше, чем у соответствующих эффектов в полупроводниковых материалах.

Наилучший показатель по точности принадлежит квантовым эффектам -0,001%.

В третьей главе разработана методика расчета погрешностей датчиков по ПСС и проведена классификация источников возникновения погрешностей ДХ.

Для расчета погрешности преобразователя, представленного с помощью ПСС, предложены новые типы элементарных звеньев ПСС (табл. 4). ПСС ДХ с учетом источников погрешностей с

±cQjj

±aV,

Рис. 2. ПСС ДХ с источниками погрешностей

использованием элементарных звеньев ПСС, изображена на рис. 2.

Выходная величина ДХ U3, согласно ПСС, изображенной на рис. 2 имеет вид:

' U3=U70+AU,±OU?, (4)

где

(5)

~де, в свою очередь Q^ - значение магнитного потока без погрешностей.

^ыь = h • {^ько + ЬКьк ± (6)

где, KhK - значение коэффициента без погрешностей.

I3 = I0O+AI,±<yI3. (7)

После подстановки (5)-(7) в (4) имеем: , = AU, ±оиэ + ДQ, ±oQ]¡\{KhK0+&KhK±oKhK)\l00 + Д/э ±о/,). W

После раскрытия скобок и пренебрежения малыми второго и выше юрядка имеем:

= Q\lO • КЬКО + • ^ h КО ¡зО ±aQ\i 'KhKO '1Ю +

+ ЛК/э/г ■ Q»o ■ ± «КикKhKO ■ Q^Q ± (9)

±ст/э -KhKO -QnO+AUo = QV¡0 ■KhKO -7эО + У обе.сист. - У абс.сл. >

де

Ло. Jjo, Q/jo, Кько - идеальные значения соответствующих величин; \.Uy, АД, AQp А/См - систематические погрешности соответствующих величин;

• Uy, о/э, oQfj, oKhK- случайные погрешности соответствующих величин

Абсолютная систематическая погрешность ДХ:

абс.сист. - Ш^'К-ько'^м + -Q^q •IM +АI, ■ К-ько 'Q^o (10)

бсолютная случайная погрешность ДХ:

I абс ся. ~ ' К/эКО • ¡э<) +а%ЬК -QyO ' Itf +сг/, • KhK0 ■

йцО + з ■ (И)

В результате анализа разработана классификация источников воз-икновения погрешностей ДХ (табл. 4), в которой оценены вклады каж-ой составляющей погрешности в %.

Новые типы элементарных звеньев ПСС для учета погрешностей

Элементарные звенья

Уравнения

Примечания

AB,

В, = Вю + Aß, ±аВ, = Bi+yB,

±аВ,

Входная и выходная величины В, элементарного звена

где Bj - реальное значение е личины; Bio - идеальное зна1 ние величины; уß, - абсолютн погрешность величины; AB, систематическая абсолютн погрешность величины; aBt случайная абсолютная п грешность величины.

лп,

п.

±оП,

Л,. = /7/0+ДЯ(.±аЯ(. =

= /7,.о+уПг ва = вп-п

Параметр цепи

где Я, - реальное значение г раметра "/""тон природы и в личиной; Я10. идеальное знач ние параметра; уЯ, - абсолю ная погрешность параметр - систематическая абс лютная погрешность параме ра; стЯ, - случайная абсолютн погрешность параметра.

АКы

KBiBj ~ %BiBj0 + BiBj ± ± cKBiBJ = KBiBj0 + 4KBiBj

Коэффиц^нт меж цепного ФТЭ - КВ,В] между величиной ••¡"-™ природы и величиной у™ природы

где Квщ - реальное значен: коэффициента; КВ1щ0 - идеал ное значение коэффициент уКвю] - абсолютная погре! ность коэффициента; ДКВ,В) систематическая абсолютн; пофешность коэффициент зКыв) * случайная абсолют»; погрешность коэффициента.

в,

А'bjd»

±сКвш}

еА п>

Коэффициент меж цепных ФТЭ Кц,п между величиной и параметром 7""тои природы

Кв,П/ = ^й/П/о + ЬКвяу -

± °KBjTy,

Ilj = Bj ■ KBi[1j, B2j = BxrnJ,

где КВцу - реальное значен! коэффициента; КВ,П]0 - идеал ное значение коэффициент уЛ"а,/у - абсолютная погре! ность коэффициента; ДКв,щ систематическая абсолютн; пофешность коэффициент &Кв,щ - случайная абсолютн; пофешность коэффициента.

2

в

в

хак.

Таблица 5

Классификация источников возникновения погрешностей датчиков Холла

Источники основных погрешностей Источники дополнительных погрешностей

Методические Технологические Эксплуатационные Внутренние Внешние

ЭДС Эттингсгаузе-на, 8 С/, «0,4% ЭДС Риги-Ледюка, 517, «0,01 Индуктивное остаточное напряжение, 8 £/,«0,05% ЭДС неэквипотен-циальности, 8 С/, «5% Старение материала магнитопровода 0,001% Неоднородность рабочего магнитного поля, 80.«0,01% Погрешность спрямления, 80Ц«О,5%

Клиновидная форма пластинки, 8 £/,« 0,1% Увеличение управляющего тока, 8/э«0,5% Изменение температуры окружающей среды, згуэ«о,б%

Выпрямляющий эффект, 8С/Э» 0,05% Неоднородность материала полупроводниковой пластинки, 8 ¡У, «0,7% ТермоЭДС, 8С/Э«2%

Индукционное остаточное напряжение, 5 С/, «0,1% ЭДС магниторези-стивного эффекта, 5(/э» 2,2% Геометрия контактов, 8 Км* 1,5% Влияние внешнего магнитного поля, ЪQV. «0,1%

В четвертой гцаве описывается разработанная автором система измерения частоты вращения вала микродвигателя с использованием датчика положения 1AV10A американской фирмы Honeywell, в основу работы которого положен эффект Холла.

Блок-схема разработанной системы представлена на (рис. 3,а). ЭИМЦ позволила структурно описать процессы происходящие в предлагаемой системе измерения частоты вращения, с использованием аппарата ПСС (рис. 3,6). На (рис. 4) представлены экспериментально полученные осциллограммы выходного сигнала датчика положения 1AV10A при частотах вращения вала микродвигателя 380, 660, 780, 1110 и 2500 об/мин. Обнаружено, что частота вращения не влияет на уровень, а влияет только на количество и форму

Рис. З Система измерения частоты вращения а - блок-схема; б - ПСС.

('„я

Ю 30 S0 40 so 60 w - 660 обмин

f- -- Г I

1'

- — I ! 1 i

10 10 SO 40 SO 60 w - 7SO об мин

ТI" "Т гг .... V

. 1 J_k /1

4 -Hf - - 1

J I ; ! Т

10 20 SO 40 JO 60

— fl Г" - - A

2 - - 1 - - I-

о io :o so 40 so 6o

Рис. 4. Осциллограммы выходных характеристик датчика при разных частотах вращения

2500 2000 1500 1000 500 ■ 0

0

И

ю

Рис. 5. Зависимость частоты вращения вала микродвигателя от числа импульсов

[мпульсов выходного сигнала

По экспериментальным данным построена зависимость частоты ращения вала микродвигателя от числа импульсов (рис. 6), которая ап-[роксимирована линейной функцией. Методом наименьших квадратов, использованием математического пакета Mathcad Plus 6.0 получена >ункциональная зависимость частоты вращения от количества импуль-ов:

w(n) = 359 п -134. (12)

В пятой главе произведен синтез датчика тока в автоматизирований системе поиска новых технических решений "Интеллект": входная еличина - /,, выходная величина t/, - электрическое напряжение; экс-луатационная характеристика - чувствительность. Это позволило вывить 23 варианта физического принципа действия, некоторые из которых одтверждены патентами разных авторов, что подтверждает эффектив-ость АБД ФТЭ. Выявлено, что наиболее эффективным с точки зрения величения чувствительности проектируемого устройства является вари-нт основанный на гигантском магниторезистивном эффекте. На втором гапе проведен морфологический синтез для каждого ФТЭ, входящего в тобранные решения.

Энерго-информационная модель каждого ГМЭ дополнена морфоло-ической матрицей, представляющей собой классификационное описание ариантов технической реализации данного эффекта. В табл. 6 приведена юрфологическая матрица ДХ, как видно из этой матрицы, каждое значе-ие признака содержит словесное описание и эскизный чертеж, а также кспертные балльные оценки эксплуатационных характеристик. Кардинал количество конструктивных реализаций) для морфологической матрицы атчика Холла равен 5625 (5x3x5x5x3x5). Создание морфологических ¡атриц позволяет на несколько порядков увеличить число вариантов по-гроения технического объекта и выбрать из них полно удовлетворяющий оставленным требованиям.

Таблица 6.

Морфологическая матрица эффекта Холла в ферромагнетиках

Признаки

Значения признаков

Направление оси легкого намагничивания (ОЛН)

! олн ОЛН поперек образца

ОЛН вдоль образца

; хОЛН ОЛН перпендикулярно образцу

Магнитная система

Г >

Равномерное магнит-

Неравномерное магнитное поле

Концентраторы магнитного поля

Форма контактов

Точечные контакты

Ножевые контакты

Контакты в виде площадки_

Ножевые контакты конечной ширины

О

Контакты на выступах

Материал подложки

Диэлектрические материалы (корунды (АЬОз, сапфир), стеклянная керамика, слюда)_

Полупроводниковы

е материалы (монокристалличес кий Б!, полуизолирующий ваАз)

Ферриты

Материал элемента Холла

оасо

Ре-№

Чувствительность

Быстродействие

Надежность

Погрешность

Нелинейность

Диапазон

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Анализ обобщенных приемов улучшения эксплуатационных ха рактеристик ГМД показал, что:

а) наиболее перспективными являются конструктивные (50%) и техно логические (33%) приемы. Большинство разработок направлено.н

повышение точности и чувствительности, для МР, кроме того, на устранение нелинейности выходной характеристики датчика. Ь) наиболее эффективными и универсальными приемами для ДХ и МР являются принцип гибридно-модульной сборки, дифференциальная схема включения элементов и использование магнитного концентратора.

2.Разработаны энерго-информационные модели эффекта тока Холла, эффекта Холла в ферромагнетиках, планарного эффекта Холла, пла-нарного эффекта Холла в ферромагнетиках, дробного квантового эффекта Холла, анизотропного магниторезистивного эффекта, гигантского магниторезистивного эффекта и магнитоконцентрационного эффекта, а также переработаны и конкретизированы энерго-информационные модели эффекта Холла, эффекта Холла с управлением по току, квантового эффекта Холла, магниторезистивного и магнитодиодного эффектов. Таким образом, в автоматизированный банк данных по ФТЭ внесено 13 информационных модулей, и тем самым повышена его информативность.

3.На основании классификации обобщенных приемов улучшения основных эксплуатационных характеристик и энерго-информационных моделей разработаны морфологические матрицы ГМЭ, позволяющие на несколько порядков увеличить число вариантов технического объекта и выбирать из них наиболее удовлетворяющий поставленным требованиям.

4. Разработана методика расчета погрешности преобразователя с использованием ПСС, которая основана на применении новых типов элементарных звеньев, построенных на графическом представлении источников систематической и случайной погрешностей, а также составлена классификационная таблица источников возникновения погрешностей ДХ в которой оценена величина каждой составляющей погрешности.

5. Результаты исследований использованы для создания системы измерения частоты вращения с помощью ДХ, которая внедрена в учеб-

ный процесс по дисциплине "Микропроцессорные средства"и в АО

"Судосервис" и др.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. Резник Д.А., Козлович A.A. (Ханова A.A.) Принципы алгоритмизации расчета переходных процессов в параметрических структурных схемах САПР "Интеллект" // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре. Тез. докл. Региональн. научн.-практ. конф. - Астрахань, 1994. - С. 27-28.

2. Зарипов М.Ф., Козлович A.A. {Ханова A.A.) Структурные методы описания принципов действия усовершенствуемых преобразователей информации на примере гальваномагнитных датчиков перемещения // Инновационное проектирование в образовании, технике и технологии. Тез. докл. Международн. научн.-техн. конф. - Волгоград, 1995. -С.

3. Петрова И.Ю., Козлович A.A. (Ханова A.A.), Щербинина О.В. Концептуальная модель базы данных приемов улучшения основных характеристик гальваномагнитных элементов // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре. Тез. докл. II Международн. научн.-техн. конф. - Астрахань, 1995. - С. 39-40.

4. Щербинина О.В., Козлович A.A. (.Ханова A.A.) База данных для анализа технических решений гальваномагнитных элементов4// Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре. Тез. докл. II Международн. научн.-техн. конф. - Астрахань, 1995. - С. 6061.

5. Зарипов М.Ф., Козлович A.A. (Ханова A.A.) Расчет метрологических характеристик магнито-электрических датчиков в САПР "Интеллект" // Вестн. АГТУ. - Астрахань: АГТУ, 1996. - Вып. 2. - С. 230-234.

6. Разработка методических основ и инструментальных средств для создания интегрированных баз знаний. Отчет о НИР (промежуточ.) '/ АГТУ. -№ ГР 01.9.70 004952 - Астрахань, 1996. — 78 с.

7. Петрова И.Ю., Козлович A.A. (Ханова A.A.) Расчет динамических процессов датчиков // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Тез. докл. VIII научн.-техн. конф.: В 2 т. - М.: МГИЭМ, 1996. - Т. 1. - С. 86-88.

8. Козлович A.A. (Ханова A.A.), Макарова И.Г. Использование пакета Mathcad for Windows для расчета динамических характеристик магнитных преобразователей // ХХХХ научн.-техн. конф. АГТУ: Тез. докл. - Астрахань, 1996. - С.

9. Козлович A.A. (Ханова A.A.) Классификация и анализ конструктивных приемов улучшения эксплуатационных характеристик датчиков на гальваномагнитных элементах // ХХХХ научн.-техн. конф. АГТУ: Тез. докл. - Астрахань, 1996. - С.

10.Петрова И.Ю., Ханова A.A.(Козлович A.A.) Энерго-информационная модель гальваномагнитных эффектов // Препринт докл. АТН РФ. -Новосибирск, 1997. - 45 с.

11 JCanoea A.A. (Козлович A.A.), Воеводин И.Г., Галилов А.Б. Система измерения частоты вращения с помощью датчика Холла. // Сб. научн. тр. Вып. 3. Автоматика и прикладные вопросы математики и физики -Астрахань: АГТУ, 1997. - С. 90-96.

\2.Петрова И.Ю., Ханова A.A. (Козлович A.A.) Расчет погрешностей чувствительных элементов систем управления с использованием параметрических структурных схем // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Тез. докл. XI научн.-техн. конф. - М.: МГИЭМ, 1997. - С. 422-424.

13 Ханова A.A. (Козлович A.A.) Морфологический анализ эффекта Холла // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре. Тез. докл. III Международн. научн.-техн. конф. - Астрахань, 1997.-С. 212-217.

\А.Разработка методических основ и инструментальных средств для создания интегрированных баз знаний. Отчет о НИР (i >ч.) /

АГТУ. - Астрахань, 1995. — 49 с.