НОВЫЕ ПАССИВНЫЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ДАТЧИКИ
Кратко рассмотрены особенности и некоторые применения нооых магнитных датчиков на основе магнитострик-ционного и пьезоэлектрического эффектов.
Специалистами корпорации Ирних и Массачусетско-го технологического института (США) разработана тех-ноло! ни создания новых пассивных твердотельных магнитных датчиков (Н ГМД), основанная на использовании магнитострпкцнопного н пьезоэлектрического эффектов. 11овые датчики не потребляют электрической энергии и легко обеспечивают естественную чувствительность к магнитному нолю более 10 мВ/Э. Они сочетают в себе миниатюрность датчиков Холла и достоинства параметрических преобразователей.
Эти датчики, типичные размеры когорых составляют 1,0x5,0x0,5 мм, получают разрезанием на кристаллы кремниевой пластины площадью в несколько квадратных дюймов. Их себестоимость при массовом пропзвод-стве невысока, а характеристики в большинстве приме-пенни лучше, чем у электромагнитных преобразователен, датчиков на эффекте Холла, магниторезистнвных полупроводников и недавно появившихся датчиков с гигантским млгшгторезистинным эффектом. Они успешно проявили себя при измерении и контроле скорости вращения, цифрового расхода и электрического тока.
Типичный Н ГМД состоит из полос пьезоэлектрического и магии гострикционного материалов. 11од воздействием магнитного поля магнитострнкцнонный элемент передает деформацию на пьезоэлектрический, который, в свою очередь, генерирует электрический выходной сигнал. Важная черта новой технолот ни — зависимость чувствительности и рабочего магнитного ноля от свойств ма1ериала и от конфигурации, когорые можно соответствующим образом иодбират ь для решения широкого спектра задач. Так, например, разработаны два датчика с линейными характеристиками: первый — с чувствительностью к магнитному нолю 28 мВ/Э в рабочем диапазоне 0...2,5 Э; шорой — с чувствительностью 5 мВ/Э в рабочем диапазоне 0...200 Э.
Датчики скорости. В отличие от электромагнитных (индукционных) датчиков ИТМД могут измерять близкие к 0 скорости (0,1 Гц); при этом он имеет меньшие габариты, а стоит приблизительно столько же. По сравнению с датчиками Холла и магниторсзнсгнниымн сенсорами он обладает более высокой чувствительностью к магнитному полю и температурной стабильностью при меньшей стоимости. Так, разработан датчик, который при периодическом прохождении мимо нею постоянного магнита выдает синусоидальный сигнал порядка
50 мВ, практически неизменный в диапазоне 40... 100 СС без температурной компенсации. Установив постоянные магниты на вращающемся объекте, можно определить его скорость по частоте выходного сигнала. 11ри использовании, например, магнита NdFeB длиной 5 мм и диаметром 3 мм расстояние от магнита до датчика может быть более 25 мм. Если рядом с датчиком установить ма! пит смещения, он может измерять скорость вращения ферромагнитной шестерни, находясь от нее в нескольких миллиметрах (в зависимости oí размера ее зубцов).
Датчики расхода. В задачах расходометрии, где очень важны высокая чувствительность и низкое энергопотребление, часто используют элсктромашитные датчики. Датчики Н ГМД также подходит для таких задан, поскольку не потребляет энергию и обеспечивает более высокую чувствительность при меньших по сравнению с другими датчиками размерах. Кроме того, он работает на низких частотах и обеспечивает лучшее разрешение при измерении малых расходов.
Датчики тока. Датчик, характеристики Koiopoi о линейны в широком диапазоне изменения параметров магнитного поля, идеально подходит для измерения силы тока. 11оэтому датчики Холла и мапшторезистивные датчики, обладающие такими характеристиками, мо1ут найти широкое применение. Однако здесь возникают трудности из-за присущих им дрейфа нуля и зависимости выходного сигнала oí температуры. Тем не менее, уже продемонстрированы НТМД для применения в амперметрах, токовых ключах и реле, лишенные упомянутых недостатков. Такие датчики можно сконструировать и для измерения больших токов при линейной характеристике в магнитных нолях с напряженностью более 1000 Г).
Датчики IГГМД весьма перспективны в качестве альтернативы другим магнитным датчикам. Они, безусловно, будут исследоваться и разрабатываться также и для таких применений, как хранение информации, матнит-пое ||юрмнрованпе изображений при неразрушающем контроле и биомедицинскнх исследованиях, выявление магнитных аномалий, технический надзор, разведка полезных ископаемых.
Источник: Yi-Qiin Li. Robert О'ИатПсу. An Innovative Passive Solid-State Magnetic Sensor // Sensors. October 2000.
MIKA
Датчики и Системы • Nil, 2001
65
ПОСТРОЕНИЕ КРОШЕЧНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ С ПОМОЩЬЮ ДНК
Рассматриваются возможности применения ДНК для построения сверхминиатюрных механических устройств и компьютеров.
Можно ли представить себс ДНК в качестве конструкционною и злектронного материала, который однажды станут использовать для создания сверхминиатюрных компьютеров или механических устройств, таких как, например, робот, способный перемещаться но кровеносным сосудам и лечить раны? Ученые из Лабораторий Белл п Оксфордскою университета не исключают такой возможности. Они используют ДНК абсолютно «небиологическим» способом: как конструкционный материал и, в некотором смысле, как топливо.
ДНК может быть привлекательной для молекулярного конструирования, поскольку цепь ДНК может соединяться только с другом цепью с соответствующей последовательностью основ химических соединений, |]юр-мирующих генетический код. Таким образом, спирали ДНК в растворе могут автоматически соединяться й структуру.
Группа ученых создала прообразы двигателей размером с молекулы из химическою вещества, хранящею генетический код. ДНК-двигатели напоминают крошечные пинцеты, в принципе способные подобрать отдельный атом; 30 триллионов таких устройств можно поместить в капле воды. Другая ДНК, служащая «топливом», может открывать и закрывать молекулярные пинцеты.
Б.Юрк, физик из Лабораторий Белл, считает, что сами ДНК-пинцеты в состоянии захватывать отдельные ионы лля молекулярного конструирования или обеспечивать
перемещение микроскопической машины. Но ученых Лабораторий Белл интересует вычислительные возможности. И этом плане «пинцеты» не представляют самостоятельного интереса, а лишь служат демонстрацией идеи самосборки. Возможно, в будущем электронные компоненты будут подсоединять к ДНК, и соединять цепи ДНК для создания компьютера с существенно более высоким быстродействием и большей памятью, чем у современных.
Профессор М.К.Зееман из Нью-йоркского университета использовал ДНК для создания трехмерных «брусочных гел» типа куба, а также для механического двухнозицнониого переключателя, срабатывающего при добавлении в раствор определенного химического реактива.
Биотехнологическая фирма Nanogen из Сан-Диего (CUJA) в 2000 г. запатентовала метод использования ДНК, подсоединенной к флуоресцентному красителю, для создания оптической памя ш, которая потенциально может хранить намного больше информации в заданном пространстве, чем компакт-диск. Но специалисты считают, что пройдет еще минимум десятилетие, пока появя тся первые ДНК-устройства для практического применения.
Источник: Building tiny computers with DNA? И In lech. October 2000.
Мгашш^гасштг
(полезные адреса)
1Шр:/Ау\у>у.к-11»|К'1:» I urcs.com
Здесь расположено интерактивное хранилище информации н путеводитель по датчикам температуры в сети 1шстс1. Имеются данные о температуре, методах се измерения, ра»личных вилах датчиков температуры, относящихся к ним стандартах; методах, средствах и службах калибровки, применении датчиков, а также приведены связи с другими «температурными» сайтами сстн. Здесь же можно поместить имеющуюся у Нас подходящую информацию, например, о разработанном Вами датчике и т. п.
||Нр;//\уцг>у.(1Ьа nks.demon.co.uc/
Здесь помещена книга Д. Бснкса «Введение в микротсхннку» (на английском языке). В ней рассматриваются принципы построения, функционирование, основы технологии изготовления и проектирования различных микроэлекгронных и мик-роэлектромсханических датчиков (тепловых, радиационных, магнитных, химических, механических) и исполнительных элементов.
Помешенная здесь книга С. Смита «Руководство по цифровой обработке информации для научных работников и инженеров» (на английском языке) может оказаться полезной для осваивающих >ту перспективную технику.
66
Sensors & Systems • Nil, 2001
ЯКА
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.