Эти датчики применяются в тех же самых областях, что и датчики Холла. Магниторезистивные датчики могут использоваться как детекторы приближения, положения и поворота. Для функционирования им необходимы внешние источники магнитных полей, в качестве которых обычно применяются прикрепленные к ним постоянные магниты. На рис. 7.19 показана схема простого датчика линейных перемещений. Здесь для получения корректных результатов необходимо учи-
Рис. 7.19. Зависимость выходного сигнала магниторезис-тивного датчика, помещенного в поле постоянного магнита, от перемещения х, совершаемого параллельно оси магнита (А—В). Магнит создает как продольное, так и поперечное поле. Изменение положения датчика относительно магнита приводит к изменению его выходных характеристик. (Г и Д) Выходной сигнал датчика при слишком сильном магнитном поле
7.4. Индуктивные и магнитные датчики
тывать ряд факторов, описанных далее. Датчик, размещенный рядом с постоянным магнитом, подвергается воздействию магнитного поля как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Если магнит ориентирован параллельно датчику (т.е. в направлении х), как показано на рис. 7.19А, Нх характеризует продольное поле, а изменение Н является мерой перемещения х. На рис. 7.19Б показаны графики изменения Нх и Нy в зависимости отх, а на рис. 7.19В представлен соответствующий выходной сигнал. В этом примере напряженность поля вдоль оси х никогда не превышает ±Ĥx (значение напряженности, заставляющее датчик переключаться), при этом характеристики датчика остаются стабильными во всем диапазоне измерений. Однако, если магнит слишком мощный или расстояние между датчиком и магнитом очень маленькое, выходной сигнал будет значительно отличаться от показанного на рисунке.
Предположим, что первоначально датчик находится на поперечной оси магнита (х = 0). При этом Нy =0, a Нх равна максимальному значению . Теперь датчик перемещается в направлении +х, тогда его выходной сигнал изменяется, как показано на рис. 7.19Д. При смещении датчика в сторону увеличения координаты х, Нy и V0возрастут, а Нх сначала упадет до нуля, а потом начнет расти в отрицательную сторону до тех пор, пока Нх не превысит -Ĥx В этой точке характеристики датчика резко меняются, и выходное напряжение изменяет свою полярность — участок АВ на рис. 7.19Д. При дальнейшем продвижении датчика вдоль оси х выходное напряжение датчика будет меняться в соответствии с участком BE. Если теперь датчик начнет двигаться в противоположном направлении, Нх будет расти до тех пор, пока не превысит значение +Ĥx , напряжение VQбудет меняться в соответствии с участком ВС. В этой точке характеристики датчика опять резко меняются, а выходной сигнал перескакивает из точки С в точку D. Очевидно, что у датчика существует гистерезис-ная петля ABCD. Аналогичная петля возникает при движении датчика в направлении —х. На рис. 7.19Д показан идеализированный случай, поскольку переключения никогда не происходят так резко.
На рис. 7.20А показано, как можно использовать магниторезистивные датчики KMZ10B и КМ110В (инфор^мация по этим датчикам взята из
Глава 7. Детекторы положения, перемещений и уровня
Рис. 7.21.Измерение угловых перемещений при помощи датчика KMZ10
документации Philips Semiconductors BV (Eindhoven, The Netherlands)) для определения линейных перемещений металлических объектов. Датчик размещается между пластиной и постоянным магнитом, ось которого ориентирована перпендикулярно оси металлической пластины. Неоднородности в пластине, например, отверстия и области немагнитного материала, нарушают магнитное поле и вызывают изменения выходного сигнала датчика. На рис. 7.20 показаны выходные сигналы при разном расстоянии d между пластиной и магнитом. При совмещении отверстия и датчика сигнал на его выходе становится равным нулю, независимо ни от расстояния d, ни от окружающей температуры.
На рис. 7.21 показан способ применения того же датчика для измерения угловых перемещений. В данном устройстве магнитное поле создается двумя постоянными магнитами RES 190, закрепленными на вращающейся рамке, между которыми размещен датчик. Выходной сигнал датчика соответствует угловому перемещению рамки.
На рис. 7.22А показана схема определения угла и направления поворота зубчатого колеса при помощи датчика КМ110. Метод определения направления вращения основывается на раздельной обработке выходных сигналов датчика, снимаемых с двух половин мостовой схемы.
Модуль работает также как и магнитный мост Уитстона, измеряющий напряженность магнитного поля, изменяющуюся в зависимости от того, какая часть колеса находится напротив датчика: впадина или зубец. В этом модуле очень важно правильно расположить датчик и магнит: угол между осями
7.4. Индуктивные и магнитные датчики
симметрии датчика и колеса должен быть близок к нулю. Более того, желательно, чтобы они совпадали. На рис. 7.22Б показана принципиальная схема такого модуля. Сигналы с мостовой схемы поступают сначала на соответствующие усилители, а потом через фильтры нижних частот на триггеры Шмитта, формирующие на своих выходах прямоугольные импульсы. Разность фаз на обоих выходах (рис. 7.23А и 7.23Б) показывает направление вращения.