Traductoare de pozitie si deplasare

Traductoare de pozitie si deplasare

Asocierea magnetilor permanenti cu microsenzorii Hall face posibila conversia unor marimi mecanice: unghi, pozitie, deplasare, viteza, acceleratie, presiune, in marimi electrice, fara utilizarea contactelor mobile.

Gama aplicatiilor practice pentru astfel de structuri s-a extins cu rapiditate atat datorita capacitatii campului magnetic de a penetra materialele nemagnetice, cat si datorita lipsei unor probleme deosebite in ceea ce priveste protejarea senzorilor.

Daca spre exemplu in cazul unor traductoare de pozitie s-ar folosi senzori optici, apare inconvenientul modificarii in timp a transparentei stratului protector al detectorului optic si al sursei luminoase.

Traductorul de pozitie poate fi realizat dupa schema de principiu prezentata in figura 13.33 in care microsenzorul magnetic este un tranzistor bipolar lateral cu camp suplimentar de drift in regiunea bazei (figura 13.30). Sub actiunea unui camp magnetic de inductie paralela cu suprafata dispozitivului se produce o variatie a curentului de colector. In mod corespunzator se modifica valoarea potentialului de colector:

(13.21)

La iesirea portii logice de tip trigger Schmitt (CDB413 sau MMC4093) se obtine semnal de nivel logic "0" cand inductia magnetica creste si nivel logic "1" cand inductia magnetica scade.

Principiul unui traductor de pozitie si deplasare realizat prin asocierea dintre un magnet permanent si un senzor magnetic este ilustrat in figura 13.38.

Sunt posibile trei configuratii si pentru fiecare in parte este prezentata variatia inductiei magnetice in functie de deplasarea magnetului permanent. De regula magnetul este dispus pe obiectul a carei deplasare (pozitie) trebuie sesizata, iar dispozitivul Hall este fix.

In cazul a) campul magnetic si directia de miscare a magnetului permanent sunt perpendiculare pe planul sectiunii transversale in magnetotranzistor. Tensiunea generata este o functie cunoscuta de distanta si este posibila masurarea directa, dar neliniara a distantei: ~~.

In cazul b) campul magnetic este perpendicular ,iar directia de deplasare a magnetului este paralela cu planul sectiunii prin dispozitiv. Aceasta configuratie poate fi folosita pentru numararea obiectelor pe care este fixat cate un mic magnet permanent.

In cazul c) axele magnetului si directia de miscare sunt paralele cu planul sectiunii. In aceasta situatie pentru o gama ingusta de valori ale deplasarii se poate obtine o dependenta liniara intre tensiunea si deplasarea x.

Daca senzorul integrat Hall include si un trigger Schmitt
(figura 13.39), impulsul de la iesire poate fi obtinut in absenta contactelor de comutare.

Una dintre aplicatiile magnetotranzistoarelor integrate cu trigger Schmitt o constituie utilizarea acestora la claviaturile calculatoarelor unde trebuiesc detectate deplasari reduse, in jurul valorii de 1mm. In fiecare tasta se monteaza un mic magnet si un senzor Hall. La apasarea tastei distanta dintre magnet si senzor scade, iar tensiunea generata determina comutarea triggerului Schmitt. Cand se ridica degetul de pe tasta, aceasta cat si triggerului Schmitt revin in starea initiala.

La realizarea acestor dispozitive se prefera tehnologia siliciului care pentru productia de serie asigura un cost redus, insa prezinta inconvenientul unei game relativ mari a valorilor curentului de offset. Ca urmare pentru o comutare sigura a triggerului Schmitt este necesar ca >> ceea ce presupune magneti permanenti cu camp intens si costul dispozitivului creste. O solutie o constituie utilizarea circuitelor de corectie a offsetului , integrate pe acelasi cip cu senzorul Hall.

In unele aplicatii trebuiesc masurate deplasari foarte mici cu o precizie ridicata. In astfel de situatii se folosesc traductoare magnetice de deplasare prin presiune a caror configuratie este prezentata in figura 13.40.

In functie de presiunea diafragma elastica (1) se curbeaza determinand deplasarea magnetului permanent (2), in raport cu senzorul Hall (3). Ca urmare se modifica inductia magnetica ce actioneaza asupra senzorului si deci valoarea tensiunii generata de acesta. Alegand convenabil pozitia initiala a magnetului si a senzorului se poate obtine o variatie liniara a tensiunii generate functie de deplasare (figura 13.39.c).