Микроэлектронные планарные взаимоиндуктивные сенсоры для датчиков приближения проводящих объектов и проводимости жидкости

• Автор: Черевко, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Актуальность темы. В устройствах автоматизации производства широко используются датчики приближения проводящих объектов, называемые концевыми, или бесконтактными выключателями. Обычно они содержат автогенератор с катушкой индуктивности в качестве чувствительного элемента, детектор, пороговое устройство, усилитель и управляемый мощный транзистор, при этом генератор с детектором является датчиком положения. Принцип действия датчика приближения основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную зону катушки индуктивности металлических или иных проводящих, ферромагнитных объектов определенных размеров. Активная зона создается электромагнитным полем катушки индуктивности, расположенной на ферритовом броневом сердечнике. Поскольку датчики приближения это изделия массового производства, то использование групповых методов изготовления, характерных для технологии микроэлектроники, должно привести к удешевлению датчиков, уменьшению их габаритов. Если электронная часть датчиков приближения легко может быть изготовлена методами микроэлектроники, то катушка индуктивности, чтобы ее изготовлять теми же методами, должна иметь планарную конструкцию и не содержать магнитного сердечника.


Апробация работы Основные результаты представлялись на VIII международной научнопрактической конференции Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники Дивноморское, Россия, г. IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления Таганрог, Россия, г. IV и V международных конференциях Современные информационные и электронные технологии Одесса, Украина, и гг. IV международной научнотехнической конференции Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе БакуСумгаит, Азербайджан, г. По материалам диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 6 статей и 6 тезисов докладов. Метод определения соотношений для относительного сдвига прямоугольных и треугольных катушек индуктивного балансного сенсора для получения баланса. Закономерности изменения коэффициента передачи по напряжению индуктивного балансного сенсора с прямоугольными катушками при перемещении проводящей пластины в направлении сенсора или параллельно ему, при помещении сенсора в проводящий цилиндр. Экспериментально полученные закономерности изменения выходного напряжения или частоты датчика солености воды с двумя и тремя планарными катушками. Модели взаимоиндуктивных сенсоров для компьютерного моделирования датчиков приближения проводящих объектов. Личный вклад автора. В диссертационной работе изложены результаты, которые были получены автором самостоятельно и в соавторстве, при этом автор разработал методику определения условий баланса ИБС, проанализировал влияние на коэффициент передачи ИБС проводящих объектов, сопротивления генератора, нагрузки, частоты колебаний, разработал модели сенсоров для компьютерного моделирования датчиков положения, экспериментально исследовал датчики положения, приближения проводящих объектов, датчики солености воды, осуществлял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов. Структура и объем диссертации. Общий объем диссертации составляет 2 страницы, включая рисунок, формулы, 8 таблиц. Во введении обоснована актуальность темы, сформированы цель и основные задачи, приведена структура и краткое содержание диссертации. В первой главе приводится обзор работ по взаимоиндуктивным сенсорам для датчиков положения и приближения проводящих объектов, датчиков солености воды проводимости жидкости. Во второй главе приводится методика определения условий баланса ИБС с микроэлектронными катушками прямоугольной и треугольной формы. В третьей главе приводится анализ влияния на коэффициент передачи микроэлектронных ИБС проводящих объектов, активного сопротивления генератора, нагрузки, катушек индуктивности, частоты колебаний. В четвертой главе приводятся результаты экспериментального исследования взаимоиндуктивных сенсоров и построенных на их основе датчиков положения, приближения проводящих объектов, датчиков солености воды проводимости жидкости. В Заключении сформулированы основные выводы. В Приложении приводится топология полупроводниковой интегральной микросхемы датчика положения проводящего объекта с амплитудным выходом как основы для построения датчика приближения проводящего объекта и микросистем. Структурная схема индуктивного датчика приближения проводящих объектов показана на рис. В таблице 1. Рис. Структурная схема датчика приближения 1 генератор 2 детектор 3 пороговое устройство триггер 4 усилитель 5 управляемый ключ. Таблица 1. Как видно из таблицы расстояние переключения 1п0,,. Пониженные расстояния переключения вызваны тем, что магнитный сердечник катушки втягивает в себя электромагнитное поле катушки. Предполагается, что использование индуктивных балансных сенсоров с планарными катушками позволит увеличить расстояние переключения. Индуктивные датчики солености воды содержат две катушки, намотанные на кольцевые ферритовые или диэлектрические сердечники. Первая катушка подключается к генератору, вторая к усилителю. За счет общего для обеих катушек витка воды на второй катушке наводится тем больший сигнал, чем выше проводимость или соленость воды.