Датчик градиента магнитного поля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 05. 02.80 (21) 2877998/18-21 5 ф) М. КП.з с присоединением заявки Мо ю С 01 В 33/Об Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.44(088.8) Дата опубликования описания 07.08,82 с1 гч-19 Р Г,Я.Портной, В.И,Тихонов и И.А.Вевюрко(54) ДАТЧИК ГРАДИЕНТА МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к датчикам работа которых основана на эффекте Холла и которые могут быть использованы в измерительной технике, автоматике, электронике для определения градиента магнитного поля или величины его индукции.Известен датчик магниного поля, выполненный на основе эффекта Холла, который содержит пленку арсенида индия, размещенную на подложке из окиси бериллия. В твердом виде окись бериллия: обладает высоким коэффициентом теплопровсдности, благодаря чему подложка хорошо отводит тепло, рассеиваемое в холловской пластине.На верхнюю поверхность по-, лупроводника нанесен слой силиконовой смазки с диспергированной пудрой окиси бериллия 11 .Недостатками этого датчика являются низкая надежнссть работы дат чика (из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения пленки и подложки и надежного сцепления между ними), а также большая погрешность измерения грациента магнитного поля (из-за плохой воспроизводимости характеристик напыляемых пленок и не, -равномерного теплоотвода от верхнейи нижней поверхностей датчика, обладающих различной теплоемкостьючто приводит к ограничению применения датчика.Известен также датчик градиентамагнитного поля, содержащий две идентичные полупроводниковые пластины с10 холловскии и токовыми выводами,расположенные параллельно 12),Известный датчик позволяет повысить разрешающую способнссть определения градиента за счет небольшогорасстояня между пластинами, однакоточность определения градиента недостаточно высока из-за различныхтепловых условий, в которых находится каждая пластина.Цель изобретения - повышение точности,Поставленная цель достигается тем,что в датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластиныс холловскими и токовыми выводами,введены основание и корпус, выполненные из немагнитного теплопроводногоматериала, корпус выполнен в видедвух идентичных элементов, а основание размещено между полупроводниковы 94956130 ми пластинами, каждая из которыхрасположена внутри соответствующегоэлемента корпуса и закреплена на основании, при этом элементы корпусаи пластины размещены симметрично относительно основания. 5Кроме того, пластины выполнены ввиде гетероэпитаксиальных слоев, расположенных на полуизолирующей годложке.На чертеже представлена конструкция предлагаемого датчика,Датчик включает две магниточувствительные пластины 1 Холла, которыезеркально-симметрично закрепленына основании 2 - теплоотводе. Корпус 15выполнен из тонколистовой немагнитной нержавеющей стали в виде двухполуэлементов 3 и 4 и представляетсобой зеркально-симметричную относительно основания 2 конструкциюи соединен с ним сваркой.Обе пластины 1 Холла изготовленны групповым методом иэ одной итой же полупроводниковой гомо- илигетероэпитаксиальной структуры, 25например 1 пАв-СаАв - тонкий слойаресенида индия, выращенный наполуизолирующей подложке ареснидагаллия, и благодаря этому обладаютпрактически одинаковыми электрическими и геометрическими характеристиками, входное и выходное сопротивления, коэффициент Холла, толщина пленки и подложки и т.п.),Датчик работает следующим образом.35При помещении датчика в магнитное поле с индукцией В и пропускании управляющего тока 1 через однуиз пластин Холла возникает сигналэффекта Холла 40Ч= )сВ 1 в 1 пж,где оС - угол между направлением магнитных силовых линий иплоскостьюпластины Холла.Поскольку вторая пластина Холла 45расположена зеркально-симметрично3относительно первой пластины, магнитые силовые линии, пересекающиепервую пластину, под тем же угломпересекают и вторую, в результате 50чего при пропускании такого жеуправляющего тока 1 через вторуюпластину возникает сигналМ = к 263 51 п 06,Благодаря полной симметричностиконструкции датчика обеспечиваютсяодинаковые условия теплоотвода влюбом режиме от каждой из пластин 1как в случае, когда на обе пластины1 подано одинаковое управляющее напряжение, так и в случае, когдатолько одна из них находится поднапряжением (например, когда однапластин - резервная. Благодаря тому, что обе пластины изготовлены из одной и той же полупроводниковой структуры, их эластические характеристики и геометрические размеры (толщины пленок и подложек) практически одинаковы, Вследствии этого обеспечивается полная идентичность удельных магнитных чувствительностей обеих пластин 1 ( К%К), а значит, и тождественность выходных сигналов при измерениях магнитных полей, не зависящих от координаты в направлении, перпендикулярном плоскости основания датчика. С другой стороны, если такая зависимость существует, то благодаря идентичности измерительных характеристик обеих пластин 1 Холла можно существенно расширить область применения датчика.Изобретение позволяет приблизитель но в 4 раза увеличить точность измерения градиента магнитного поля, прежде всего за счет полной идентичности электрических характеристик обеих пластин Холла, изготовленных групповым методом.из одной и той же эпитаксиальной структуры, а также ввиду полной симметричности теплоотвода от обеих пластин Холла.Формула изобретения1, Датчик градиента магнитного поля,содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластины схолловскими и токовыми выводами,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены корпус и основание, выполненные из немагнитного теплопроводного материала, корпус выполнен ввиде двух идентичных элементов, аоснование размещено между полупроводниковыми пластинами, каждаяиз которых расположена внутри соответствующего элемента корпуса изакреплена на основании, при этомэлементы корпуса и пластины размещены симметрично относительно основания,2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что пластины выполнены в виде гетероэпитаксиальныхслоев, расположенных на полуизолирующей подложке.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,фВесеп 1 РечеРор оЙ НаИ еййес 1йеч 1 сев апй арр 61 саМ 1 опв" (Денси Гдзюцусого кэнкюсе).- ВцИ е 11 п ой ЖеЕйес 1 го 1 есЬп 1 саР 6 аЬогаогу, 1977,Ч,37, Р 10, р,942. а2. Кобус А, и Тушинский Я, Датчики Холла и магниторезисторы, Й.,Энергия, 1971, с,219.949561 Составитель В.Новожиловдактор Г.Кацалап Техред Т. Маточка Корректор М.Шар лиал фПатентф, г. ужгород, ул. Прсектная аказ 5743/35ВЧИИПИпэ д113035 Тираж 717 осударственного коми лам изобретений и о Москва, Ж, Раушс Подписноета СССРрытийнаб., д. 4/5