Преобразователь перемещения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130%81 (21) 3286758/25-28 И 3 М. Кл. с присоединением заявки Мо О 01 В 7/00 Государственный комнтет ссср но делам нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 150383 3 Ф А. И. Чередов, Л.Л. Люзе, Н. Д, Земляная. у Т, В. Канд ушнна(71) Заявители Омский политехнический институт и Омский госу венный университет(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения перемещений.Известны реостатные преобразователи перемещений, содержащие резистивный элемент и контактирующий с ним съемный элемент, при относительном перемещении которых формируется сигнал, пропорциональный этому перемещению 1).Недостатком реостатных преобразователей перемещения является погрешность измерения, обусловленная ступенчатым изменением сопротивления. при перемещении съемного элемента, и наличие трущегося контакта, приводящего тв износу преобразователя и появлению погрешности, связанной с изменением контактного сопротивления,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовыми токовыми контактами и с двумя боковыми потенциальнымь электродами, и источник питания постоянного тока, подключенный через резистор к указанным кон=тактам 21.Полупроводниковый элемент преобразователя выполнен из германия и представляет собой датчик Холла, которыйразмещается перпендикулярно силовымлиниям магнитного поля.Недостатком такого преобразователя является нестабильность ЭДС навыходе датчика Холла, обусловленнаяразличнымигальвано- и термомагнитными явлениями, характерными для датчиков этого типа, и обусловленная этимнизкая точность измерения.Цель изобретения - повышение точности преобразователя перемещения.Поставленная цель достигается тем,что преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовымитоковыми контактами, и источник питания постоянного тока, подключенныйчерез резистор к указанным контактам,снабжен емкостным зондом и фаэометром,полупроводниковый элемент выполненстержневым и размещен вдоль силовыхлиний магнитного поля, один из еготоковых контактов выполнен инжектиЗ 0 рующим и образует смещенный в прямомнаправлении р-и переход, емкостный зонд установлен с возможностью перемещения вдоль боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента, а фазометр соединен одним входом с резистором, а вторым входом - с емкостным зондом.На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя перемещения; на фиг 2 - кривая распределения поперечного потенциала Чп по 1 О длине Ь стержневогополупроводникового элемента. Преобразователь перемещения содеркритических значений возникает эффект самовоэбуждения, при котором происходят колебания тока в теле полупроводникового элемента и колебанияэлектрического потенциала на егобоковой поверхности, имеющие одинако"вую частоту. 55 Частота этих колебаний зависит от величин критической напряженности электрического и.магнитного полей, поперечного размера стержневого элемента 2, параметров электронно-дырочной плазмы, таких как концентра.- ция и подвижность носителей заряда, от удельного сопротивления полупроводникового материала и может принимать значения от единиц до десятков кГц. 60 65 жит источник 1 постоянного магнитновдоль соы иий коро,го размещен стержневой полупроводниковый элемент 2, снабженный с торцов омическим и инжектирующим контакта.ми 3. Источник 4 питания постоянного тока подкЛючен к полупроводниковому элементу 2 через резистор 5 в такойполярности, чтобы образованный с по,мощью инжектирующего контакта в теле полупроводникового элемента р-и переход был смещен в прямом направлении. У боковой поверхности полупроводникового элемента 2 размещен емкостный зонд б, присоединенный к одному из входов фазометра 7. Второй вход,фаэометра 7 связан с резистором 5. 30Преобразователь перемещения работает следующим образом.За счет размещения полупроводникового элемента 2 в постоянном магнитном поле параллельно его силовым ли ниям и созданию в теле этого элемента продольного электрического полк путем приложения к его токовым контактам напряжения постоянного тока, смещающего р-и переход в полупровод" 40 никовом элементе в прймом направле- нии, в этом элементе образуется электронно-дырочная плазма. Вследствие винтового движения носителей заряда (электронов и дырок) при повышении 45 напряженностей электрического и маг,нитного полей выше соответствующих Колебания тока в теле полупроводникового элемента 2 контролируются с помощью резистора 5, включенного в цепь источника 4 питания последовательно с полупроводниковым элементом, а колебания поперечного напряжения на его боковых поверхностях снимаются бесконтактно - с помощью емкостного зонда б.Сигналы, снимаемые с Резистора 5 и емкостного зонда 6, сравниваются по фазе в фазометре 7. Так как сигнал, выделяющийся на резисторе 5, имеет неизменную начальную фазу, которая не зависит от положения зонда б, а начальная Фаза колебаний напряжения, снимаемого с зонда, изменяется в зависимости от его положения х и определяется частотой колебаний и временем прохождения винтовой волны от точки с нулевой Фазой -(к которой подключен резистор, начальная Фаза колебаний в которой при" нята эа нулевую) до местоположения зонда 6, то фазометр 7 измеряет разность Фаз д(х) между напряжениями, . снимаемыми с резистора и зонда 6. Эта разность Фаз д 9(х) является функцией положения зонда. Фазометр может быть непосредственно проградуирован в единицах измеряемого перемещения, диапазон перемещения зонда определяется длиной стержневого полупроводникового .элемента 2 и скоростью распространения в нем винтовой волны.В общем случае диапазон измеряемых перемещений и рабочий участок на кривой распределения поперечного потенциала Ч (амплитуды винтовой волны - фиг. 2) по длине Ь стержневого полупроводникового элемента опре- деляются условием, согласно которому разность Фаз колебаний напряжений, снимаемых с резистора 5 и. зонда 6, не должна превышать 2 Х . - для предот- вращения неоднозначности в отсчете показаний Фазометра 7. Диапазон перемещений зависит от длины полупроводникового элемента, параметров по" лупроводниковой плазмы; скорости распространения винтовой волнывеличин напряженностей электрического и магнитного полей, частоты колебаний напряжения и тока в режиме само- возбуждения полупроводникового элемента.Практически на образце, выполненном из германия и-типа длиной 10 мм с удельным сопротивлением 0,45 Ом, при индукции магнитного поля 0,3 Т и напряженности электрического поля 20 В/см получена частота йв колебаний, равная 30 кГц, арабочий участок измерения перемещений соответствует диапазону разности фаз от 0 до 280 оЗа счет использования фазочастотного метода обработки сигналов, сни1004745 формула изобретения Составитель С Техред О.Неце н Корол едактор Н. Горва Тираж 600 ИПИ Государстве по делам изобр Москва, йЗаказ 185 Подписноеного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4/5 В Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектна маемых с предлагаемого преобразователя, повышается точность измарений перемещений и устраняются погрешности, вызываемые вышеуказанными гальвано- и термомагнитными эффектами в теле полупроводникового элемента./ Преобразователь перемещения, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый элемент с двумя торцовыми токовыми контактами,. и источник питания постоянного тока, подключен ный через резистор к указанным контактам, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен емкостным зондом и фазометром, полупроводниковый элемент выполнен стержневым и размещен вдольсиловых линий магнитного полн, одиниз его токовых контактов выполненинжектируюшим и образует смещенный .в прямом направлении р-и переход,емкостный зонд установлен с возможностью перемещения вдоль боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента, а фазометр соеди"нен одним входом с резистором, а вторым входом - с емкостным зондом. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред, П,В. Новицкого. Л., Энергияф,.1975, с,259,2. А, Кобус, Я. Тушинский, Датчики Холла и магииторезисторы. М.,Энергия, 1971, с, 182-187 (прототип) .