Реферати українською » Радиоэлектроника » Розробка макета системи персонального виклику


Реферат Розробка макета системи персонального виклику

майже всі електрони перейдуть у такий стан. Пара, про який тоді кажуть, що сталася його повна накачування, щодо прозорий для світла.

Якщо потім паралельно променю світла накластиВЧ-поле, воно перекине електрони, змінюючи причому їхнійспиновий кутовиймо мент. ФактичноРЧ-поле змушує електрони перекидатися вже з нижчого стану до іншого, "розбудовуючи"оптическую накачування. Як наслідок, пар знову починає поглинати світло. Радіочастотні і оптичні ефекти об'єднуються, даючи особливо гострий резонанс, і саме цьому резонансному явище працює магнітометр з оптичної накачуванням.

Енергія, необхідна для перекидання спина електрона, і, отже, частотаВЧ-поля, залежить від сили магнітного по ля. Умагнитометре контур зворотний зв'язок управляєрадиочасто тієї підтримки мінімального пропускання світла. Таким про разом, частота хіба що служить мірою магнітного поля.Магнито метр з оптичної накачуванням вимірює загальне магнітне полі будь-який орієнтації на відміну більшості магнітометрів, що з міряють лише складову магнітного поля, що лежить вздовж чутливої осі.

Чутливість та динамічний діапазон цьогомагнитометра як більшість магнітометрів визначається реєструющей електронікою. Типові значення чутливості приладу мають межа від10Е-14 до10Е-6А/м.

>Датчик має великі габарити і високе споживаннямощности (кілька ватів). Конструкція оптичногомагнитометра показано на рис. 1.5.

1.2.4. Ядернийпрецессионний магнітометр.

У ядерномупрецессионноммагнитометре використовується реакція ядер атомів в рідких вуглеводнях, наприклад бензолі, на віз дію магнітного поля.Протони в ядрах атомів можна як малі магнітні диполі; оскільки вонивращаются й володіють електричним зарядом, вони мають невеличкий магнітний момент, такий у деяких відносинах кутовомумоменту обертовогогироскопа. З допомогою однорідної магнітного поля, створюваного під час проходження струму через котушку, протони в рідини може бути тимчасово споруджено до кількох. Колиполяризационний струм вимикається, відбувається прецесія протонів відносительно навколишнього магнітного поля. Вісь спина протона, не вибудуваного постійним магнітним полем, подібно осігироскопа поза лінією гравітаційного поля, відбувається за окружності відносительно лінії, паралельної полю. Швидкість проходження,називаемая частотою прецесії, залежить від сили вимірюваногомагнитно го поля.Прецессирующие протони генерують у котушці сигнал, частота якого пропорційна величині магнітного поля. Конструкція цьогомагнитометра показано на рис. 1.6.

Ядернийпрецессионний магнітометр має діапазончувствительности від10Е-13 до10Е-4А/м, які частотний діапазонограниченстробирующей частотою рідкого водню.

1.2.5.СКВИД-датчик.

>Сверхпроводящий квантовий інтерференційний датчик (>СКВИД) є чутливим датчиком магнітного поля. Це пристрій грунтується на взаємодії електричних струмів і магнітних коливань, можна побачити при охолодженні матеріалу нижче від температури переходу в надпровідний стан. Конструкція датчика приведено на рис. 1.7.

Якщо лінії магнітного поля проходять через кільце з понад яка проводить матеріалу у ньомуиндуцируется струм. За відсутності обурень струм буде протікати хоч греблю гати дол го. Розмір індукованого струму є дужечувствительним індикатором щільності потоку поля. Кільце можереагировать зміну поля, відповідне часток однієї квантової одиниці магнітного потоку. За наявності кільці тонкого пере ходу (перехідДжозефсона) у ньому спостерігаються коливання струму. Кільце з'єднують з ВЧ схемою, яка подає відоме полі усунення ідетектирует вихідний сигнал. При взаємодії двох двох хвиль утворюєтьсяитерференционние смуги, подібно світловим хвилях. Підрахунок смуг дозволяє собі з високої точністю визначити величину магнітного поля.

Кільце виготовляються з свинцю чи ніобію діаметром кілька міліметрів. Для збільшення чутливості його іноді беруть у більшу котушку. Діапазон вимірюваних полів дорівнює від10Е-16 до10Е-10А/м.

1.2.6.Магниторезистори.

>Магниторезисторами називають напівпровідникові прилади, опір яких змінюється у магнітному полі. Оскільки еффектмагнитосопротивления максимальний вполупроводнике неограниченом у бік перпендикулярному току, то реальнихмагниторезисторах прагнуть максимально наблизиться до цього умові. Найкращим типом необмеженого зразка є дискКарбино (див. рис.1.8а).

Відхилення струму у тому зразку за відсутності магнітного поля немає і він спрямований виключно за радіусу. За наявності поля шлях носіїв заряду довшає і опірувеличивается. Інший структуроюмагниторезистора є пластинаширина яких багато більше довжини (рис.1.8б). Ці дві структури мають найбільшим відносним зміною опору у магнітному полі. Проте їх істотним недоліком є мале абсолютне опір приB=0, що з їх конфігурацією. Для збільшення R застосовують послідовне з'єднання резисторів. Наприклад, у разі пластинииспользуется одна довга пластина з напівпровідника з нанесенимиметаллическими смужками,делящими кристал на області довжина доторих менше ширини. Отже, кожна область між полосками є окремиймагниторезистор.

>Магниторезистори мають досить великийчувствительностью. Вона лежать у межах від10Е-13 до10Е-4А/м.Наиболь ши чутливістю маютьмагниторезистори одержані ізInSb-NiSb.

1.2.7.Магнитодиоди.

>Магнитодиод є напівпровідниковий прилад зp-n переходом іневипрямляющими контактами, між якими находится областьвисокоомного напівпровідника. Структура ітипичнаяВАХ ">торцевого"магнитодиода приведено на рис. 1.9.

Дія приладу грунтується намагнитодиодном ефект. У "довгих"диодах (>d/L >> 1, деd - довжина бази, L -еффективнная довжинадифузионного усунення ) розподіл носіїв, отже опір діода (бази) визначається довжиною L Зменшення L викликає зниження концентрації нерівноважних носіїв у базі, т. е. підвищення його опору. Цевизивает збільшення падіння напруги з урахуванням і зменшення наp-n переході (приU=const). Зменшення падіння напруги наp-n переході викликає зниженняинжекционного струму і отже подальше збільшення опір бази.Длину L можнаизменять впливаючи на діод магнітним полем. Воно призводить до задоручиванию рухомих носіїв та його рухливість зменшується, отже зменшується і L. Одночасно подовжуються лінії струму, т. е. ефективна товщина бази зростає. Це імагнитодиодний ефект.

Нашої промисловістю випускається кілька типівмагнито діодів. Їх чутливість лежать у межах10Е-9 до10Е-2А/м. Є такожмагнитодиоди здатні визначати як напруженість магнітного поля але його напрям.

1.2.8.Магнитотранзистори.

Існує безліч типівмагнитотранзисторов. Вони можуть і біполярними, і польовими, іоднопереходними. Аленаиболь ши чутливістю маютьдвухколекторниемагнитотранзистори (>ДМТ). Структурна схема і загальнодосяжний спосіб включенняДМТ покизани на рис. 1.10.

>ДМТ - це чотирьохелектродниеполуроводниковие приладипланарной чи торцевій топології.Инжектирующий контакт,емит тер, розташований між симетричними колекторами. Четвертий контакт - базовий. Магнітне полі залежність від напрями відхиляєинжектированние носії до жодного з колекторів і змінює розподіл струмів між колекторами. Різниця токов колекторів яких і визначає величину вимірюваного магнітного поля. Вона пропорційна індукції магнітного поля, а знак показивает його напрям. У сфері слабких полівДМТ має дуже високоюмагниточувствительностью і хорошою лінійністюампер-тесловой характеристики. Їх використовують в апаратурі що вимагає виміру індукції і знака магнітного поля, напри заходів, в магнітнихкомпасах. Здебільшого використовуються кремній і германій. Чутливістьмагнитотранзисторов лежать упределах10Е-8 до10Е-4А/м.

1.2.9.Датчик на ефект Голла.

Розглянемо пластину напівпровідникар-типа якою протікає струм, спрямований перпендикулярно зовнішньомумагнитно му полю. СилаЛоренца відхиляє дірки до верхньої межіпластини, у слідстві що їхні концентрація там збільшується, а й у нижньої межі зменшується. Через війну просторового раз розподілу зарядів виникає електричне полі, спрямоване від верхньої межі до нижньої. Це полі перешкоджає поділу зорядов і тільки створювана ним сила стане рівної силі Лоренца, подальше поділ зарядів припиниться (рис. 1.11).

Різниця потенціалів між верхньої та нижньої гранями образца дорівнює :

V =E*a =v*B*a,

де а - ширина зразка у бік перебігу струму, B - напруженість магнітного поля, v - швидкість носіїв.Наиболее істотне гідність датчика Голла виміру атмосферного явища їм напруженості магнітного поля - це лінійність вимірюваного напруги від індукції магнітного поля. Датчики працюють у діапазоне від10Е-5 до 1А/м.

Датчики Голла виготовляють або з тонкихполупроводникових пластин, або з напилених тонких плівок. Дляизготовления використовуються напівпровідники із високим рухливістю носіть лей заряду.

1.2.10.Волоконно-оптическиймагнитомер.Волоконно-оптическиймагнитомер (>ВОМ) є

нового вигляду датчика, які перебувають у процесіразработ кі. У ньому використовують двастекловолоконнихсветовода, образующихинтерферометрМаха-Цандера. Промінь лазера проходить черезсветоделитель в обидва волокна ірекомбинирует всумматоре, вступаючи потім нафотодетектор наприкінці кожного волокна. Одне зсветоводов або намотаний намагнитострикционний матеріал, або покритий їм. Розміримагнитострикционного матеріалу залежать від ступеня йогонамагничености. Коли таку матеріалнамагничивается зовнішнім полем, довжина волокна змінюється. При зміні (частку довжини хвилі) промінь, проходить черезсветовод, входить у акумулятор зі зсувом за фазою щодо променя, котра проходить у еталонномусветоводу.Интенференция двох світлових хвиль визивает зміна рівня світла нафотодетекторах, величина доторого дорівнює різниці фаз.

>ВОМ має чутливість від10Е-15 до10Е-5А/м. Вінможет використовуватися щоб виявити або постійних полів, або полів, мінливих із частотою до 60КГц. Його розміри залежить від необхідної чутливості, але вона має близько 20 див у довжину та 2.5 див завширшки. Великим недоліком є сильні шуми і чутливість до вібраціям. КонструкціяВОМ показано на рис. 1.12.

1.2.11.Магнито-оптический датчик.

Умагнито-оптическом датчику (>МОД) використовується ефект від участі критийФарадеем. Цей ефект полягає в обертанні площиніполяризационного світла під час проходження через магнітний матері ав. Ефект максимально виражений у деяких кристалах приюстировке напрями поширення світла, осі кристала і докладеної магнітного поля. Приймемо, що пласка хвиля поляризационного світла складена з цих двох хвиль з круговоїполяризацией -правополяризованной (ПП) ілевополяризован іншої (ЛЗ).Вращение площині поляризації пласкою хвилі відбувається поза рахунок зміни відносних фаз ПП і ЛЗ хвиль. Тоді ефект Фарадея є наслідком зміни показника заломлення кристала, залежить від цього, відбувається прецесіяелектронов в кристалі щодо подовжнього магнітного поля була в те ж саме чи протилежному напрямі, як і обертання електричного поля світла з круговоїполяризацией.Коеффициен тому, який визначає ступінь ефективності матеріалу, є сталаВерде, має розмірність одиниць кутового обертання на одиницю докладеної поля і одиницю довжини.

Важлива перевага цих датчиків є їхньою дуже мала інерційність і широка смуга частот де вони працюють. Було виготовлено датчики згигагерцовой частотноюхарактеристикой. Нижній межа чутливості датчиків дорівнює10Е-6А/м . КонструкціяМОД показано на рис. 1.13.

1.2.12. Висновки.

>Рассмотpим умови яких мають задовольняти датчики магнітного поляпpименяемие у системіпеpсонального виклику з індуктивної зв'язком.

>Во-пеpвих, датчик повинен мати достатньоїчувствительностью до магнітному полю, щоб бути здатнимпpинять слабкі сигнали виклику. У таблиці 1.1пpиведенипpимеpние діапазони чутливостіпpиведеннихpанее датчиків. У ційпаpаметpу можна вилучити зpассмотpения такі мало чутливі датчики: Голла,магнитооптический,магнитодиод,магнитотpанзистоp.

>Во-втоpих, датчик магнітного поля повинен мати малимиpазмеpами, нечутливістю до зовнішніх впливів й малоїпотpкбляемой потужністю. За цієюпpизнакам виключаються датчики:

1)СКВИД, оскількитpебует охолодження рідким гелієм, що організувати неможливо впеpсональномпpиемнике;

2) з оптичної накачуванням -тpебует потужного харчування;

3)ядеpно-пpецессионний - великапотpебляемая потужність;

4) волокняно-оптичний - сильно чутливий довибpации і механічним впливам;

5) з насиченимсеpдечником - низька чутливість допеpеменним магнітним полях.

У результаті залишається два типу магнітних датчиків :индукционний імагнитоpезистивний.Taк якмагнитоpезистоpи залишаються досі досить дефіцитнимполупpоводниковимпpибоpом іпpиобpести їх задляпpоведения досліджень непpедставляется можливим, то подальшому в макетіСПИВ використовується лише індукційний датчик магнітного поля.

2. ДОСЛІДЖЕННЯИНДУКЦИОННЫХДАТЧИКОВМАГНИТНОГО ПОЛЯ

ДЛЯ СИСТЕМИИНДУКЦИОННОГОПЕРСОНАЛЬНОГОВЫЗОВА

2.1. Аналіз методів підвищення чутливості індуктивних датчиків магнітного поля

З використанням індуктивних датчиків якпреобразователей магнітного поля для приймачів системи персонального індуктивного виклику (>СПИВ), необхідно домогтися від ньогонаи більшої чутливості. Від цього параметра залежить як дальність прийому, а й число хибних викликів чи неухвалення ви поклику. Підвищення чутливості індукційних датчиків можнадобится в спосіб, кожен із яких маєпреимущества й недоліки. Розглянемо ці методи.

Припустимо, що рамка із середнім діаметромDc, має w витків, намотаних мідним дротом діаметромd, перебуває у магнітному поліH=Hsin(t+ ). Якщо напрям векторанапряженности поля становить з віссю рамки (перпендикуляр до площині витків) кутQ, тоиндуцируемая в котушціЭ.Д.С.определяется вираженням

e = - --cosQ (5)

де Ф=SHsin(t+ ) - магнітний потік, пронизуючий витки рамки;

- магнітна проникність сердечника, рівна длявоздуха 4* *>10Е-7;

P.S - площа поперечного перерізу сердечника чи витка віз задушливої рамки.

Підставляючи в (5) все величини у системі СІ, отримуємо

>Э.Д.С. рамки

e = -SHcos(t+ ) (6)

Проаналізуємо цей вислів. Для збільшенняЭДС рамки можна збільшувати різні величини у правій частині рівняння (6). Розглянемо їх.

1). Від кутаQ дуже залежить величинаЭДС. Наприклад, приQ=90cosQ=0 іЭДС дорівнює нулю, а приQ=0 вона максимальна.Значит підвищення роботиСПИВ потрібно, щоб кут між століття торомнапряжености поля і перпендикуляром до рамці постійно прямував до нуля. Це умова виконується за правильної вустановке передавальної і приймальні антен. Наприклад, якщо обидві рамки (приймальну й передавальну) встановити паралельно землі й у площині, незалежно від становища абонента величина вели чину кутаQ дорівнюватиме нулю.

2). Як очевидно з (6) наведена на тліЭДС прямопропорциональпа частоті зміни поля. Але нескінченно збільшувати частоту не можна, оскільки він перетворюється на радіодіапазон зіследующими від цього вадами (дивися частина 1). Зазвичай частота передачі обмежується діапазоном 20 - 100КГц.

3). Кількість витків w котушки одне з найбільш дієвих методів підвищення чутливості магнітного перетворювача. Здається число витків можна збільшувати безмежно. Але й тут стоять свої обмеження. Як відомо, котушка крім індуктивности має власну ємність й активнасопротивление, які обмежують кількість витків рамки. Так приопределенной величині w власна резонансна частота рамки дедалі менше частоти зміни прийнятого поля і далечнейшее збільшення кількості витків наводить немає збільшення чутливості, а навпаки, до її падіння. Також маєзначение й активна опірRакт рамки від якого великою мірою залежить її добротність. При збільшенніRактдобротность рамки падає, смуга пропускання прибуває як наслідок знижується перешкодозахищеність системи.

4). Чутливість, з (6), прямопропорциональна площі рамки. Тут основним обмеженням є розмір індивідуального приймача індуктивного виклику. Він дол дружин мати кишеньковим розміром чи навіть таким, що його зручно було носити. Отже максимальна площа рамки недолж на перевищувати 300 див. Названі рамки таких масштабів що немає великий чутливістю, отже необхідні іншіметоди її.

5). Використання сердечників дозволяє значноумень шити розміри приймальні антени і водночас збільшити чутливість.Наведенная на тлі з сердечникомЭДС буде зацікавлений у

разів більше, ніж у той самий рамці ж без нього. Як сірийдечника можна використовувати, наприклад,феррити з великою магнитнойпроницаемостью марок1500НН,2000НН тощо. При розрахунках необхідно пам'ятати, що проникність сердечника залежить тільки від властивостей матеріалу, а й від відносини його довжини на площу поперечного перерізу.

6). Розглянемо налаштовану рамку, яка була послідовний коливальний контур (дивися рис. 2.1).

Нехай L -индуктивность рамки, З - ємність конденсатора настройки (для простоти воно охоплює у собі ємність рамки і монтажу),Rпот - активне опір рамки, e -ЭДСнаведенная зовнішнім полем, - резонансна частота контуру. Як ізвестно

Схожі реферати:

Навігація