Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала
Разработана система измерения индукции магнитного поля и температуры с использованием нитевидных кристаллов кремния р-типа проводимости в качестве первичных преобразователей. Система позволяет в интервале 4,2—77 К производить измерения и магнитного поля, и температуры, а в интервале 100—300 К измеря...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56365 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, С.И. Ничкало, Е.И. Бережанский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859796507857780736 |
|---|---|
| author | Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Ничкало, С.И. Бережанский, Е.И. |
| author_facet | Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Ничкало, С.И. Бережанский, Е.И. |
| citation_txt | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, С.И. Ничкало, Е.И. Бережанский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Разработана система измерения индукции магнитного поля и температуры с использованием нитевидных кристаллов кремния р-типа проводимости в качестве первичных преобразователей. Система позволяет в интервале 4,2—77 К производить измерения и магнитного поля, и температуры, а в интервале 100—300 К измерять температуру при воздействии магнитных полей. Такая система пригодна для преобразования малых сигналов, для чего используется усилитель с программируемым коэффициентом усиления и аналого-цифровой преобразователь с высокой разрешающей способностью
Розроблено систему вимірювання індукції магнітного поля і температури з використанням ниткоподібних кристалів кремнію р-типу провідності як первинних перетворювачів. Система дозволяє в інтервалі 4,2 — 77 К проводити вимірювання і магнітного поля, і температури, а в інтервалі 100 — 300 К вимірювати температуру при впливі магнітних полів. Така система придатна для перетворення малих сигналів, для чого використовується підсилювач з програмованим коефіцієнтом посилення і аналого-цифровий перетворювач з високою роздільною здатністю.
The measuring system for the magnetic field and temperature using silicon whiskers p-type conductivity as a primary device has been developed. The developed system allows the measurement of the magnetic field and temperature in the temperature range 4,2—77 K, as well as to measure the temperature under the influence of magnetic fields in the range of 100—300 K. It is shown that this system is suitable for the conversion of small signals using a programmable gain amplifier and analog-to-digital converter with high resolution.
|
| first_indexed | 2025-12-02T14:05:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5
20
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ÓÄÊ 621.315.592
Д. т. н. А. А. ДРУЖИНИН, д. т. н. И. П. ОСТРОВСКИЙ, к. т. н. Ю. Н. ХОВЕРКО,
к. т. н. С. И. НИЧКАЛО, Е. И. БЕРЕЖАНСКИЙ
Óêðàèíà, Нàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò «Льâîâñêàÿ ïîëèòåõíèêà»
E-mail: druzh@polynet.lviv.ua
СИСÒЕМА ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИÒНОГО ПОЛЯ И
ÒЕМПЕРАÒÓРЫ С ЦИФРОВОЙ ОБРАБОÒÊОЙ СИГНАЛА
В íàñòîÿщåå âðåмÿ ñóщåñòâóåò бîëьшîå êîëè-
чåñòâî èзмåðèòåëьíыõ ñèñòåм íà îñíîâå дàòчèêîâ
фèзèчåñêèõ âåëèчèí, â òîм чèñëå мíîãîфóíêцè-
îíàëьíыõ, ò. å. дàòчèêîâ, êîòîðыå îдíîâðåмåí-
íî èзмåðÿюò дâà è бîëåå ïàðàмåòðîâ, íàïðèмåð
ñåíñîð дåфîðмàцèè è òåмïåðàòóðы, òåмïåðàòóðы
è мàãíèòíîãî ïîëÿ è дð. [1—4]. Одíàêî òàêèå
ñèñòåмы èмåюò ðÿд ñóщåñòâåííыõ íåдîñòàòêîâ,
ñðåдè êîòîðыõ ñëåдóåò îòмåòèòь âыñîêóю ñòîè-
мîñòь êàê îòдåëьíыõ ñîñòàâëÿющèõ чàñòåé, òàê
è ñèñòåмы â цåëîм; бîëьшîå êîëèчåñòâî фóíê-
цèîíàëьíыõ бëîêîâ, чòî зàòðóдíÿåò ýêñïëóàòà-
цèю èзмåðèòåëьíîé ñèñòåмы; íåдîñòàòîчíóю ñòà-
бèëьíîñòь è âîñïðîèзâîдèмîñòь õàðàêòåðèñòèê.
Сëåдîâàòåëьíî, âàжíîé зàдàчåé ÿâëÿåòñÿ ðàзðà-
бîòêà è ñîздàíèå íîâыõ ñèñòåм, êîòîðыå быëè
бы ëèшåíы óêàзàííыõ íåдîñòàòêîâ. В [4] íàмè
быëè ðàññмîòðåíы фèзèчåñêèå îñíîâы ñîздà-
íèÿ дàòчèêà мàãíèòíîãî ïîëÿ è òåмïåðàòóðы íà
бàзå íèòåâèдíыõ êðèñòàëëîâ Si—Ge, ðàбîòîñïî-
ñîбíîãî â îãðàíèчåííîм èíòåðâàëå òåмïåðàòóð
4,2—77 Ê. Нàñòîÿщàÿ ðàбîòà ïîñâÿщåíà дàëь-
íåéшåмó ðàзâèòèю êîíцåïцèè ñîздàíèÿ мíîãî-
фóíêцèîíàëьíыõ дàòчèêîâ фèзèчåñêèõ âåëèчèí,
ðàбîòîñïîñîбíыõ â шèðîêîм èíòåðâàëå òåмïå-
ðàòóð 4,2—300 Ê, à òàêжå ðàзðàбîòêå ñèñòåмы
èзмåðåíèÿ èíдóêцèè мàãíèòíîãî ïîëÿ è òåмïå-
ðàòóðы ñ èñïîëьзîâàíèåм íèòåâèдíыõ êðèñòàë-
ëîâ Si р-òèïà ïðîâîдèмîñòè â êàчåñòâå ïåðâèч-
íыõ ïðåîбðàзîâàòåëåé.
Сðåдè îñíîâíыõ òðåбîâàíèé, ïðåдъÿâëÿåмыõ
ê ñîâðåмåííым ñåíñîðíым ïðèбîðàм, мîжíî îò-
мåòèòь мíîãîфóíêцèîíàëьíîñòь, âыñîêóю òîч-
íîñòь ïðåîбðàзîâàíèÿ, òåðмîñòàбèëьíîñòь, ïðî-
ñòîòó èñïîëьзîâàíèÿ, мèíèмàëьíîå ýíåðãîïîòðå-
бëåíèå ïðè âîзмîжíîñòè фóíêцèîíèðîâàíèÿ ñ
íèзêîâîëьòíымè èñòîчíèêàмè ïèòàíèÿ, âîзмîж-
Разработана система измерения индукции магнитного поля и температуры с использованием ни-
тевидных кристаллов кремния р-типа проводимости в качестве первичных преобразователей.
Система позволяет в интервале 4,2—77 К производить измерения и магнитного поля, и темпера-
туры, а в интервале 100—300 К измерять температуру при воздействии магнитных полей. Такая
система пригодна для преобразования малых сигналов, для чего используется усилитель с програм-
мируемым коэффициентом усиления и аналого-цифровой преобразователь с высокой разрешающей
способностью.
Ключевые слова: нитевидные кристаллы, кремний, датчик, температура, давление.
íîñòь îбъåдèíåíèÿ â ñåòь è ò. д. Обычíî ïåð-
âèчíыå ïðåîбðàзîâàòåëè ãåíåðèðóюò îчåíь ñëà-
быå ñèãíàëы, êîòîðыå дîëжíы îбðàбàòыâàòьñÿ
îïòèмèзèðîâàííымè èíòåðфåéñíымè ñõåмàмè
дëÿ îбåñïåчåíèÿ àдåêâàòíîãî óñèëåíèÿ бåз âíå-
ñåíèÿ шóмîâ, óõóдшàющèõ òîчíîñòь èзмåðåíèé.
Зàчàñòóю дàòчèêè ðàзмåщàюòñÿ âдàëè îò ñõåм
цèфðîâîé îбðàбîòêè, ïðè ýòîм ðàзðàбîòчèê ñòàë-
êèâàåòñÿ ñ òðåбîâàíèÿмè îбåñïåчåíèÿ зàщèòы îò
ýëåêòðîмàãíèòíыõ ïîмåõ, ãàëьâàíèчåñêîé èзîëÿ-
цèè è мàëîãî ïîòðåбëåíèÿ ýíåðãèè. Êðîмå òðå-
бîâàíèé ê òðàêòó ïðîõîждåíèÿ ñèãíàëà èíîãдà
ïðåдъÿâëÿюò òàêжå жåñòêèå òðåбîâàíèÿ ê ïèòà-
íèю, êîммóíèêàцèîííым èíòåðфåéñàм (мåждó
ïðèбîðàмè è ñèñòåмàмè) è ê зàщèòå èíфîðмà-
цèè ïðè ïåðåдàчå дàííыõ. Обåñïåчåíèå íåîбõî-
дèмыõ òðåбîâàíèé îïðåдåëÿåòñÿ ñòðóêòóðíымè
è ñõåмîòåõíèчåñêèмè ðåшåíèÿмè, ðàзâèòèå êî-
òîðыõ ñåãîдíÿ àêòóàëьíî [5—7].
Рàзðàбîòàííàÿ èзмåðèòåëьíàÿ ñèñòåмà, бëîê-
ñõåмà êîòîðîé ïðåдñòàâëåíà íà рис. 1, ñîñòîèò èз
ïåðâèчíîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ (чóâñòâèòåëьíîãî
ýëåмåíòà-ñåíñîðà) è ñõåмы ïðåдâàðèòåëьíîé îб-
ðàбîòêè ñèãíàëà è ïåðåдàчè дàííыõ.
Иññëåдîâàíèÿ ýëåêòðîфèзèчåñêèõ ñâîéñòâ íè-
òåâèдíыõ êðèñòàëëîâ êðåмíèÿ р-òèïà ïðîâîдè-
мîñòè, èñïîëьзóåмыõ â êàчåñòâå ïåðâèчíыõ ïðå-
îбðàзîâàòåëåé èзмåðèòåëьíîé ñèñòåмы, ïîêàзà-
ëè, чòî â èíòåðâàëå 4,2—300 Ê òåмïåðàòóðíàÿ
зàâèñèмîñòь ñîïðîòèâëåíèÿ ëèíåéíà â дâóõ дè-
àïàзîíàõ — îò 4,2 дî 80 Ê è îò 100 дî 300 Ê
(рис. 2). Пîýòîмó òàêèå îбðàзцы мîжíî èñïîëь-
зîâàòь дëÿ дîñòàòîчíî шèðîêîãî ðàбîчåãî дèàïà-
зîíà òåмïåðàòóð. Òåмïåðàòóðíыé êîýффèцèåíò
ñîïðîòèâëåíèÿ (ÒÊÑ) òàêèõ îбðàзцîâ â èíòåð-
вале 4,2—80 К составляет 135%∙К–1, à â èíòåð-
вале 100—300 К — около 0,4%∙К–1. В ñâîю îчå-
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5
21
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ðåдь, ïîëåâàÿ зàâèñèмîñòь ñîïðîòèâëåíèÿ (мàã-
íåòîñîïðîòèâëåíèå) òàêжå ëèíåéíà дëÿ мàãíèò-
íыõ ïîëåé дî 14 Òë (рис. 3). Эòî ïîзâîëèëî ñîз-
дàòь мíîãîфóíêцèîíàëьíыé ñåíñîð мàãíèòíîãî
ïîëÿ è òåмïåðàòóðы ñ ïîñëåдóющåé èíòåãðàцèåé
â àâòîмàòèзèðîâàííóю èзмåðèòåëьíóю ñèñòåмó.
Êîíñòðóêòèâíî ïåðâèчíыé ïðåîбðàзîâàòåëь
òàêîãî мíîãîфóíêцèîíàëьíîãî ñåíñîðà ñîñòî-
èò èз дâóõ îдèíàêîâыõ чóâñòâèòåëьíыõ ýëåмåí-
òîâ, ðàñïîëîжåííыõ ïåðïåíдèêóëÿðíî дðóã дðó-
ãó. Пåðâыé чóâñòâèòåëьíыé ýëåмåíò èзмåðÿåò
òîëьêî òåмïåðàòóðó è íåчóâñòâèòåëåí ê мàãíèò-
íîмó ïîëю, ïîñêîëьêó åãî ïðîдîëьíîå мàãíåòî-
ñîïðîòèâëåíèå ïðàêòèчåñêè ðàâíî íóëю, à âòî-
ðîé — чóâñòâèòåëåí è ê òåмïåðàòóðå, è ê мàã-
íèòíîмó ïîëю. Чóâñòâèòåëьíîñòь òàêîãî дàòчè-
êà ê мàãíèòíîмó ïîëю ñîñòàâëÿåò 0,1—0,2 Òë–1
ïðè òåмïåðàòóðå 4,2 Ê.
Òàêèм îбðàзîм, òåðмîðåзèñòîðы íà îñíîâå ñèëь-
íî ëåãèðîâàííыõ НÊ p-Si мîãóò èñïîëьзîâàòьñÿ â
шèðîêîм дèàïàзîíå òåмïåðàòóð 4,2—300 Ê, îдíà-
êî èõ чóâñòâèòåëьíîñòь зíàчèòåëьíî мåíьшå, чåм â
êðèñòàëëàõ ñ бîëåå íèзêèм óðîâíåм ëåãèðîâàíèÿ.
В ýòîм дèàïàзîíå òåмïåðàòóðíыå зàâèñèмî-
ñòè ñîïðîòèâëåíèÿ НÊ р-Si îïèñыâàюòñÿ ñëåдó-
ющèмè óðàâíåíèÿмè:
— â èíòåðâàëå 4,2—80 Ê
R(T)=A1–B1T–C1T
2+D1T
3, (1)
— â èíòåðâàëå 100—300 Ê
R(T)=A2–B2T+C2T
2–D2T
3, (2)
ãдå A1=8,29137 Ом; B1=0,01695 Ом∙К–1;
C1=0,00154 Ом∙К–2; D1=1,46073∙10–5 Ом∙К–3;
A2=32895,79405 Ом∙К; B2=337,99842 Ом∙К–1;
C2=2,44916 Ом∙К–2; D2=0,00351 Ом∙К–3.
Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî â ñèñòåмå дîëжíî быòь
ïðåдóñмîòðåíî èзмåðåíèå дîñòàòîчíî мàëыõ âå-
ëèчèí. Êàê âèдíî èз ðèñ. 2, ïðè óâåëèчåíèè òåм-
ïåðàòóðы ñîïðîòèâëåíèå îбðàзцîâ ïàдàåò, à ñëå-
дîâàòåëьíî, óмåíьшàåòñÿ è мàãíåòîñîïðîòèâëå-
íèå, чòî ïîдòâåðждàåòñÿ ðèñ. 3.
Аíàëèз èñõîдíыõ õàðàêòåðèñòèê ïðåдëàãàå-
мîãî ñåíñîðà ïîêàзàë, чòî â èññëåдóåмîм òåм-
ïåðàòóðíîм èíòåðâàëå íåîбõîдèмî ïðîèзâîдèòь
òåмïåðàòóðíóю êîððåêцèю âыõîдíîãî ñèãíàëà
дàòчèêà, èñïîëьзóÿ ñõåмîòåõíèчåñêèå ðåшåíèÿ,
è òàêèм îбðàзîм ïîâышàòь íàдåжíîñòь è ñòà-
бèëьíîñòь фóíêцèîíèðîâàíèÿ ñèñòåмы.
Рàбîчèé дèàïàзîí èзмåðåíèé мîжíî ðàñшè-
ðèòь, èñïîëьзóÿ êîмïåíñàцèîííыå мåòîды îбðà-
бîòêè âыõîдíыõ ñèãíàëîâ зà ñчåò ââåдåíèÿ ïðî-
ãðàммíыõ àëãîðèòмîâ àïïðîêñèмàцèè.
Óмåíьшèòь ïîãðåшíîñòь èзмåðåíèÿ èíдóê-
цèè мàãíèòíîãî ïîëÿ мîжíî, ïðîâîдÿ òåмïåðà-
òóðíóю êîððåêцèю ñèãíàëîâ ïóòåм ââåдåíèÿ ïî-
ïðàâîчíыõ àëãîðèòмîâ.
Сèñòåмà ïîñòðîåíà ïî ïðèíцèïó «âõîдíîé
ñèãíàë—îбðàбîòêà—âыõîдíîé ñèãíàë» (Input—
Process—Output (IPO) Model), êîòîðыé ñåéчàñ
шèðîêî èñïîëьзóåòñÿ â ðàзëèчíыõ èзмåðèòåëь-
íыõ ñèñòåмàõ. Эòî ïîзâîëÿåò ïîâыñèòь êàчå-
ñòâåííыå ïîêàзàòåëè ïîдîбíыõ ñèñòåм â цåëîм è
дîбèòьñÿ ãèбêîñòè фóíêцèîíèðîâàíèÿ è ëåãêîñòè
îбðàщåíèÿ ñ ñèñòåмîé êîíåчíîãî ïîòðåбèòåëÿ.
Рèñ. 2. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь ñîïðîòèâëåíèÿ
îбðàзцîâ НÊ Si
R, Ом
108
107
106
105
104
0 50 100 150 200 250 Т, Ê
Рèñ. 3. Мàãíåòîñîïðîòèâëåíèå îбðàзцîâ НÊ Si ïðè
фèêñèðîâàííыõ òåмïåðàòóðàõ
80 Ê
δ∆R/R0, %
250
200
150
100
50
4,2 Ê
0 2 4 6 8 10 12 В, Òë
Рèñ 1. Бëîê-ñõåмà èзмåðèòåëьíîé ñèñòåмы:
1 — ïðåîбðàзîâàòåëь/мîñò; 2 — àíàëîãîâыé èíòåðфåéñ; 3 — бëîê фèëьòðàцèè; 4 — бëîê АЦП; 5 — бëîê
цèфðîâîé îбðàбîòêè; 6 — бëîê êîммóòàцèè
Пåðâèчíыé
ïðåîбðàзî-
âàòåëь (ñåí-
ñîð)
Êîíòðîëь
óðîâíÿ ñèã-
íàëà óñèëå-
íèÿ
Аíàëîãîâàÿ
фèëьòðàцèÿ
А í à ë î ã î -
цèфðîâîå
ïðåîбðàзî-
âàíèå
Мèêðî ïðî-
цåñ ñîð íàÿ
î б ð à б î ò -
êà (îïцèî-
íàëьíî)
Цèфðîâîé
âõîд-âыõîд
АЦП МÊ
1 2 3 4 5 6
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5
22
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
В дàííîм èзмåðèòåëьíîм óñòðîéñòâå èñïîëь-
зîâàíî îñíîâíîå ïðåèмóщåñòâî цèфðîâîé òåõíè-
êè â ïðîцåññå îбðàбîòêè дàííыõ — ýòî ñðàâíè-
òåëьíî ïðîñòàÿ ðåàëèзàцèÿ îïåðàцèé âыñîêîãî
óðîâíÿ, êîòîðыå ñëîжíî îñóщåñòâèòь àíàëîãîâы-
мè óñòðîéñòâàмè. Ê òàêèм îïåðàцèÿм îòíîñÿòñÿ
ïîдàâëåíèå шóмîâ, óñèëåíèå, цèфðîâàÿ фèëь-
òðàцèÿ è íåëèíåéíàÿ îбðàбîòêà ñèãíàëà. Пðè
ýòîм фóíêцèîíàëьíàÿ íàãðóзêà íà чóâñòâèòåëь-
íыé ýëåмåíò дàòчèêà óмåíьшàåòñÿ è ñíèжàюòñÿ
òðåбîâàíèÿ ê õàðàêòåðèñòèêàм ýëåмåíòà. Êðîмå
òîãî, бëàãîдàðÿ цèфðîâîé îбðàбîòêå ñòàíîâèò-
ñÿ âîзмîжíым èзмåðåíèå дîñòàòîчíî мàëыõ âå-
ëèчèí. Рàзðàбîòàííàÿ íàмè èзмåðèòåëьíàÿ ñè-
ñòåмà ïîзâîëÿåò èзмåðÿòь èíдóêцèю мàãíèòíîãî
ïîëÿ è òåмïåðàòóðó ñ òîчíîñòью 3 мÒë è ±0,1 Ê
ñîîòâåòñòâåííî.
В êàчåñòâå ñõåмы îбðàбîòêè èñïîëьзîâàíà
ïðîãðàммèðóåмàÿ ñèñòåмà íà êðèñòàëëå PSoC3
(Programmable System-on-Chip) êîðïîðàцèè
Cypress. Выбîð дàííîãî мèêðîêîíòðîëëåðà â êà-
чåñòâå бàзîâîãî ýëåмåíòà ñèñòåмы быë îбóñëîâ-
ëåí, ïðåждå âñåãî, íàëèчèåм, êðîмå мèêðîïðî-
цåññîðíîãî ÿдðà, мàññèâà èíòåãðèðîâàííîé àíà-
ëîãîâîé è цèфðîâîé ïåðèфåðèè, ñêîíфèãóðè-
ðîâàííîé дëÿ ðàбîòы ñî ñмåшàííымè ñèãíàëà-
мè. Мèêðîêîíòðîëëåð âыïîëíåí â âèдå мàòðè-
цы ïðîãðàммèðóåмыõ óíèâåðñàëьíыõ цèфðîâыõ
бëîêîâ (рис. 4). В чàñòíîñòè, ñîãëàñíî ïðèâåдåí-
íîé íà ðèñ. 1 бëîê-ñõåмå, íà ðèñ. 4 îòîбðàжåíы
ñòðóêòóðíыå ýëåмåíòы 4, 5 è 6. Иíòåãðàцèÿ âñåé
ñèñòåмы íà îдíîм êðèñòàëëå ïîзâîëÿåò ñíèзèòь
ïîòðåбëåíèå ýíåðãèè зà ñчåò óмåíьшåíèÿ ïèòà-
ющèõ íàïðÿжåíèé è òîêîâ. Эòî âàжíî дëÿ ïðè-
бîðîâ, òðåбóющèõ íèзêîãî ýíåðãîïîòðåбëåíèÿ, à
òàêжå дëÿ мèíèàòюðèзàцèè óñòðîéñòâ ñ ïèòàíè-
åм îò àâòîíîмíыõ èñòîчíèêîâ ýíåðãèè, чòî ïî-
зâîëÿåò ïîâыñèòь íàдåжíîñòь ñõåмы ïî ñðàâíå-
íèю ñ íàбîðîм îòдåëьíыõ бëîêîâ íà мèêðîñõå-
мàõ ñ òîé жå фóíêцèîíàëьíîñòью. Мåíьшåå êî-
Рèñ. 4. Эëåêòðèчåñêàÿ ñõåмà èзмåðèòåëьíîé ñèñòåмы
Обâÿзêà мèêðîñõåмыМîдóëь îòîбðàжåíèÿ
Рàзъåм îòëàдêè è
ïðîãðàммèðîâàíèÿ
Пîдêëючåíèå
ðåзîíàòîðà
USB-мîдóëь
Мîдóëь ïèòàíèÿ ïëàòы
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5
23
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ëèчåñòâî ñîñòàâëÿющèõ óïðîñòèëî òàêжå êîмïî-
íîâêó è мîíòàж ãîòîâîãî èздåëèÿ.
Äëÿ êîммóòàцèè ñåíñîðà ñ îñíîâíîé èзмåðè-
òåëьíîé ïëàòîé èñïîëьзîâàíà ïëàòà óñèëåíèÿ è
фèëьòðàцèè, âыïîëíåííàÿ îòдåëьíî íà дèñêðåò-
íыõ êîмïîíåíòàõ. Êîíфèãóðàцèÿ мèêðîïðîцåñ-
ñîðà ïðîèзâîдèëàñь ïóòåм èñïîëьзîâàíèÿ ñïåцè-
àëèзèðîâàííîãî ïðîãðàммíîãî îбåñïåчåíèÿ, чòî
ïîзâîëÿëî быñòðî ñîñòàâëÿòь ñèñòåмó èз íåîбõî-
дèмыõ фóíêцèîíàëьíыõ бëîêîâ, íàïðèмåð дåëьòà-
ñèãмà-АЦП. Аëãîðèòм îбðàбîòêè è êîððåêцèè бà-
зèðóåòñÿ íà èñïîëьзîâàíèè ïîïðàâîчíыõ êîýффè-
цèåíòîâ ñ óчåòîм ðàзíыõ дèàïàзîíîâ èзмåðåíèÿ.
В íàñòîÿщåé ñòàòьå ïðîãðàммíыé êîд íå ïðèâî-
дåí èз-зà бîëьшîãî îбъåмà è ñïåцèфèêè зàдàчè.
***
Òàêèм îбðàзîм, ðàзðàбîòàííыå àâòîðàмè ñåí-
ñîðы íà îñíîâå íèòåâèдíыõ êðèñòàëëîâ р-Si ïî-
зâîëèëè ñîздàòь ñèñòåмó дëÿ èзмåðåíèÿ èíдóê-
цèè мàãíèòíîãî ïîëÿ è òåмïåðàòóðы â дèàïàзî-
íàõ 4,2—77 è 100—300 Ê. Òåмïåðàòóðíàÿ êîð-
ðåêцèÿ âыõîдíыõ ñèãíàëîâ â òàêîé ñèñòåмå îбå-
ñïåчèâàåòñÿ âòîðèчíым ïðåîбðàзîâàòåëåм, îñó-
щåñòâëÿющèм ïðîãðàммíóю îбðàбîòêó цèфðî-
âыõ ñèãíàëîâ. Сèñòåмà ïðèãîдíà дëÿ ïðåîбðà-
зîâàíèÿ мàëыõ ñèãíàëîâ, дëÿ чåãî èñïîëьзóåòñÿ
óñèëèòåëь ñ ïðîãðàммèðóåмым êîýффèцèåíòîм
óñèëåíèÿ è àíàëîãî-цèфðîâîé ïðåîбðàзîâàòåëь
ñ âыñîêîé ðàзðåшàющåé ñïîñîбíîñòью.
В ñèñòåмå óчòåíы îñíîâíыå îñîбåííîñòè ñî-
ïðÿжåíèÿ ñåíñîðîâ íà îñíîâå íèòåâèдíыõ êðè-
ñòàëëîâ êðåмíèÿ р-òèïà ñ мèêðîêîíòðîëëåðàмè.
Óñòàíîâëåíî, чòî èñïîëьзîâàíèå ïðîãðàммèðóå-
мыõ ñèñòåм íà êðèñòàëëå дëÿ îбðàбîòêè èíфîð-
мàцèè â ñåíñîðíыõ óñòðîéñòâàõ ÿâëÿåòñÿ ïåð-
ñïåêòèâíым. В ðàзðàбîòàííîé ñèñòåмå îбðàбîò-
êè èíфîðмàцèè ðàзðåшàющàÿ ñïîñîбíîñòь ñåí-
ñîðîâ íà бàзå íèòåâèдíыõ êðèñòàëëîâ ïî мàã-
íèòíîмó ïîëю дîñòèãëà 3 мÒë, à ðàññåèâàåмàÿ
мîщíîñòь ñèñòåмы óмåíьшèëàñь зà ñчåò èñïîëь-
зîâàíèÿ ñïåцèàëèзèðîâàííîé ИС.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Лåïіõ Я. І., Гîðдієíêî Ю. О., Äзÿдåâèч С. В. òà іí.
Сòâîðåííÿ міêðîåëåêòðîííèõ дàòчèêіâ íîâîãî ïîêîëіííÿ
дëÿ іíòåëåêòóàëьíèõ ñèñòåм.— Одåñà: Аñòðîïðèíò, 2010.
[Lepikh Ya. I., Gordiyenko Yu. O., Dzyadevich S. V. ta in.
Stvorennya mikroelektronnikh datchikiv novogo pokolinnya
dlya intelektual'nikh sistem.— Odessa: Astroprint, 2010]
2. Лåïіõ Я. І., Гîðдієíêî Ю. О., Äзÿдåâèч С. В.
òà іí. Іíòåëåêòóàëьíі âèміðюâàëьíі ñèñòåмè íà îñíîâі
міêðîåëåêòðîííèõ дàòчèêіâ íîâîãî ïîêîëіííÿ.— Одåñà:
Аñòðîïðèíò, 2011. [Lepikh Ya. I., Gordiyenko Yu. O.,
Dzyadevich S. V. ta in. Intelektual'ni vimiryuval'ni sistemi
na osnovi mikroelektronnikh datchikiv novogo pokolinnya.—
Odessa: Astroprint, 2011]
3. Вèêóëèíà Л. Ф., Гëàóбåðмàí М. А. Фèзèêà ñåí-
ñîðîâ òåмïåðàòóðы è мàãíèòíîãî ïîëÿ.— Одåññà: Мàÿê,
2000. [Vikulina L. F., Glauberman M. A. Fizika sensorov
temperatury i magnitnogo polya.— Odessa: Mayak, 2000]
4. Äðóжèíèí А. А., Оñòðîâñêèé И. П., Хîâåðêî Ю. Н. è
дð. Нàíîêðèñòàëëы Si1–xGex â ðîëè чóâñòâèòåëьíыõ ýëåмåí-
òîâ ñåíñîðà мàãíèòíîãî ïîëÿ è òåмïåðàòóðы // Òåõíîëîãèÿ
è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2012.—
¹ 5.— С. 19—21. [Druzhinin A. A., Ostrovskii I. P.,
Khoverko Yu. N. i dr. // Tekhnologiya i konstruirovanie v
elektronnoi apparature. 2012. N 5. P. 19]
5. Äðóжèíіí А. О., Оñòðîâñьêèé І. П., Êîãóò Ю. Р.
Нèòêîïîдібíі êðèñòàëè êðåмíію, ãåðмàíію òà їõ òâåð-
дèõ ðîзчèíіâ â ñåíñîðíіé åëåêòðîíіці.— Льâіâ: Вèд. НÓ
«Льâіâñьêà ïîëіòåõíіêà», 2010. [Druzhinin A. O., Ostrovs'kii
I. P., Kogut Yu. R. Nitkopodibni kristali kremniyu, germaniyu
ta yikh tverdikh rozchiniv v sensornii elektronitsi.— L'viv:
Vid. NU «L'vivs'ka politekhnika», 2010]
6. Druzhinin A. A, Khoverko Yu. N., Ostrovskyi I.P. et
al. Remote control measuring system based on strain sensors
// Computational Problems of Electrical Engineering.—
2012.— Vol. 2, N 1.— P. 11—14.
7. Äðóжèíіí А. О., Мàð’ÿмîâà І. Й., Êóòðàêîâ О. П.,
Лÿõ-Êàãóé Н. С. Òåíзîðåзèñòèâíі ñåíñîðè òèñêó íà îñíîâі
íèòêîïîдібíèõ êðèñòàëіâ êðåмíію // Сåíñîðíà åëåêòðîíіêà
òà міêðîñèñòåмíі òåõíîëîãії.— 2012.— Ò. 3, ¹ 9 (3).— С.
16—24. [Druzhinin A. O., Mar’yamova I. I., Kutrakov O. P.,
Lyakh-Kagui N. S. // Sensorna elektronika ta mikrosistemni
tekhnologiyi.— 2012.— Vol. 3, N 9 (3).— P. 16]
Дата поступления рукописи
в редакцию 27.05 2013 г.
_________________________
Druzhinin A. A., Ostrovskyi I. P., Khoverko Yu. N.,
Nichkalo S. I., Berezhanskyi E. I. Measuring system
for magnetic field and temperature with digital
signal processing.
Keywords: whiskers, silicon, sensor, temperature,
pressure.
The measuring system for the magnetic field and
temperature using silicon whiskers p-type conductivity
as a primary device has been developed. The developed
system allows the measurement of the magnetic field
and temperature in the temperature range 4,2—77 K, as
well as to measure the temperature under the influence
of magnetic fields in the range of 100—300 K. It is
shown that this system is suitable for the conversion
of small signals using a programmable gain amplifier
and analog-to-digital converter with high resolution.
Ukraine, Lviv Polytechnic National University.
________________________
Äðóжèíіí А. О., Оñòðîâñьêèé І. П., Хîâåðêî Ю. М.,
Нічêàëî С. І., Бåðåжàíñьêèé Є. І. Ñистема вимі
рювання магнітного поля і температури з цифро
вою обробкою сигналу.
Ключові слова: ниткоподібні кристали, кремній,
датчик, температура, тиск.
Рîзðîбëåíî ñèñòåмó âèміðюâàííÿ іíдóêції мàãíіòíî-
ãî ïîëÿ і òåмïåðàòóðè з âèêîðèñòàííÿм íèòêîïîдіб-
íèõ êðèñòàëіâ êðåмíію р-òèïó ïðîâідíîñòі ÿê ïåðâèí-
íèõ ïåðåòâîðюâàчіâ. Сèñòåмà дîзâîëÿє â іíòåðâàëі
4,2—77 Ê ïðîâîдèòè âèміðюâàííÿ і мàãíіòíîãî ïîëÿ,
і òåмïåðàòóðè, à â іíòåðâàëі 100—300 Ê âèміðюâàòè
òåмïåðàòóðó ïðè âïëèâі мàãíіòíèõ ïîëіâ. Òàêà ñèñòå-
мà ïðèдàòíà дëÿ ïåðåòâîðåííÿ мàëèõ ñèãíàëіâ, дëÿ
чîãî âèêîðèñòîâóєòьñÿ ïідñèëюâàч з ïðîãðàмîâàíèм
êîåфіцієíòîм ïîñèëåííÿ і àíàëîãî-цèфðîâèé ïåðåòâî-
ðюâàч з âèñîêîю ðîздіëьíîю здàòíіñòю.
Óêðàїíà, Нàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò «Льâіâ ñьêà ïîëі-
òåõíіêà».
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56365 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T14:05:56Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Ничкало, С.И. Бережанский, Е.И. 2014-02-16T23:45:46Z 2014-02-16T23:45:46Z 2013 Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, С.И. Ничкало, Е.И. Бережанский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56365 621.315.592 Разработана система измерения индукции магнитного поля и температуры с использованием нитевидных кристаллов кремния р-типа проводимости в качестве первичных преобразователей. Система позволяет в интервале 4,2—77 К производить измерения и магнитного поля, и температуры, а в интервале 100—300 К измерять температуру при воздействии магнитных полей. Такая система пригодна для преобразования малых сигналов, для чего используется усилитель с программируемым коэффициентом усиления и аналого-цифровой преобразователь с высокой разрешающей способностью Розроблено систему вимірювання індукції магнітного поля і температури з використанням ниткоподібних кристалів кремнію р-типу провідності як первинних перетворювачів. Система дозволяє в інтервалі 4,2 — 77 К проводити вимірювання і магнітного поля, і температури, а в інтервалі 100 — 300 К вимірювати температуру при впливі магнітних полів. Така система придатна для перетворення малих сигналів, для чого використовується підсилювач з програмованим коефіцієнтом посилення і аналого-цифровий перетворювач з високою роздільною здатністю. The measuring system for the magnetic field and temperature using silicon whiskers p-type conductivity as a primary device has been developed. The developed system allows the measurement of the magnetic field and temperature in the temperature range 4,2—77 K, as well as to measure the temperature under the influence of magnetic fields in the range of 100—300 K. It is shown that this system is suitable for the conversion of small signals using a programmable gain amplifier and analog-to-digital converter with high resolution. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Сенсоэлектроника Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала Система вимірювання магнітного поля і температури з цифровою обробкою сигналу Measuring system for magnetic field and temperature with digital signal processing Article published earlier |
| spellingShingle | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Ничкало, С.И. Бережанский, Е.И. Сенсоэлектроника |
| title | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| title_alt | Система вимірювання магнітного поля і температури з цифровою обробкою сигналу Measuring system for magnetic field and temperature with digital signal processing |
| title_full | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| title_fullStr | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| title_full_unstemmed | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| title_short | Система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| title_sort | система измерения магнитного поля и температуры с цифровой обработкой сигнала |
| topic | Сенсоэлектроника |
| topic_facet | Сенсоэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56365 |
| work_keys_str_mv | AT družininaa sistemaizmereniâmagnitnogopolâitemperaturyscifrovoiobrabotkoisignala AT ostrovskiiip sistemaizmereniâmagnitnogopolâitemperaturyscifrovoiobrabotkoisignala AT hoverkoûn sistemaizmereniâmagnitnogopolâitemperaturyscifrovoiobrabotkoisignala AT ničkalosi sistemaizmereniâmagnitnogopolâitemperaturyscifrovoiobrabotkoisignala AT berežanskiiei sistemaizmereniâmagnitnogopolâitemperaturyscifrovoiobrabotkoisignala AT družininaa sistemavimírûvannâmagnítnogopolâítemperaturizcifrovoûobrobkoûsignalu AT ostrovskiiip sistemavimírûvannâmagnítnogopolâítemperaturizcifrovoûobrobkoûsignalu AT hoverkoûn sistemavimírûvannâmagnítnogopolâítemperaturizcifrovoûobrobkoûsignalu AT ničkalosi sistemavimírûvannâmagnítnogopolâítemperaturizcifrovoûobrobkoûsignalu AT berežanskiiei sistemavimírûvannâmagnítnogopolâítemperaturizcifrovoûobrobkoûsignalu AT družininaa measuringsystemformagneticfieldandtemperaturewithdigitalsignalprocessing AT ostrovskiiip measuringsystemformagneticfieldandtemperaturewithdigitalsignalprocessing AT hoverkoûn measuringsystemformagneticfieldandtemperaturewithdigitalsignalprocessing AT ničkalosi measuringsystemformagneticfieldandtemperaturewithdigitalsignalprocessing AT berežanskiiei measuringsystemformagneticfieldandtemperaturewithdigitalsignalprocessing |