Reed sensor

Reed sensor - en enhed, der ændrer kontakttilstand afhængigt af tilstedeværelsen eller fraværet af det magnetiske felt.

historie

Wikipedia hedder det, at Reed-sensor opfundet i 1936 af Walter Ellwood, der arbejdede på Bell Labs. Disse oplysninger er blevet omhyggeligt kontrolleret og fundet at være fejlagtige. Den første af de patenter, indgivet af Ellwood - ikke der er vist i figuren i Wikipedia - er dateret 29 marts 1938. Der er en fejl, der inspirerer tillid til, at på Holmskoy Conference 2013 læse en rapport om de reed relæer, hvor der henvises til den nævnte patent i 1938.

Holmskaya Conference - arrangement siden 1953 i form af en diskussion om forløbet af resultater inden for elektricitet. I 1968 blev han udnævnt en lidet kendt fysiker Ragnar Holm, 50 år af sit liv til studiet af spørgsmål i forbindelse med temaet. Siden 1985 er det officielt understøttet af IEEE Association, en lovgiver i de fleste områder af teknologien.

Så i 2013, tilsyneladende, diskuterede fremskridt i reed relæer (se. nedenfor), og forfatterne (Stephen Day og Todd Christenson) omhyggeligt mærke til, at den første «reed switch» optrådte "for 70 år siden." Enkel subtraktion opnå 43. år. Mere som en 14 juli 1942 - datoen for offentliggørelsen af ​​patentet nummer US2289830 A - snarere end en hypotetisk, og det er ikke klart, hvorfra opstod i 1936. Baseret på de tilgængelige data på hånden, kan vi konstatere, fødselsdato af sensorerne er tilladt at overveje 1938 året for patentansøgningen. Desuden tillod eksistensen af ​​de dagbøger og optegnelser, der forklarer, hvad der foregik på Bell Labs, men deres virkelige placering er ikke noget at vise.

Indholdet af patentet

Vist i Wikipedia, taget fra US patent 2264746 og forfatteren kaldet elektromagnetiske kontakt. Offentliggørelse skete december 2, 1942 efter udgivelsen af ​​den førnævnte US2289830 A. Billedet set forseglet gennemsigtig glaskolbe, der forhindrer forurening af sensorkontakterne og deres oxidation. Arbejder som en del af det ferromagnetiske bånd, som interagerer med et eksternt felt (i figuren - Pos. 3 og 6).

Der er behov for det dielektriske afstandsstykke til pålidelig differentiering af grupper af kontakter. Ledere strækker sig uden pæren, som regel fremstillet af kobber eller messing. Efter kontakt med sensoren til de magnetiske felt jernplader er tiltrukket af hinanden ved at ændre positionen af ​​kontakterne. Det er vist, at i fravær af ydre påvirkning strøm kommer ind i terminalen 4, i nærvær af - den femte. Dette giver dig mulighed for at skifte kredsløbet korrekt.

Faktisk US patent 2264746 indleveret i relæet. Det kan ikke skifte strømkreds, af indlysende årsager, men tjener som et mellemprodukt. Stand til at styre andre, mere kraftfulde enheder. Med hensyn til patentet US2289830 A, indgivet tidligere, hvor vi taler om sensoren. Ikke svært at gætte, at Ellwood skrev i et papir kontor senere kom op med en ny enhed, og sendt til gennemsyn følges. Tekster og offentliggjort for hinanden: Ellwood sagde yderligere, hvis bestået det første patent, er der ingen grund til at afvise den anden. Hvor det blev taget i betragtning af Kommissionen.

Fra skærmbilledet det viser, at forfatteren foreslog en række idéer til at bringe til kontakten handling. Første et stærkt magnetfelt genereret af spolen viklet omkring kolben. Den anden version - rygraden anvendes i form af en spole, sat på kolben. Den tredje illustration antyder, at det ydre hus i form af en sikring insert vil tillade konstruktionen af ​​enhver eksisterende solenoide. Endelig i den fjerde udførelsesform tjener til at dække kobberkontakter at interagere felt induktionsstrømme guld sputtering.

Ud fra dette er det klart, at forfatteren længe har eksperimenteret med den foreslåede enhed, eller tænker på dem. Baseret på denne forudsætning, antager vi, at reed-sensor virkelig er tænkt så tidligt som 1936. Tilbyder forfattere og andre muligheder, for eksempel platin skjolder på kontaktfladen. Vi går over teksten af ​​patentet:

• Formålet med arbejdet er at skabe en billig og holdbar skifter til erstatte de eksisterende enheder samtidig øge pålideligheden.
• Den nye enhed er tændt meget mindre i størrelse end forstadiet, med et minimum af bevægelige dele.
• I fravær af luft (helium, argon, etc.) Kan udføre inde kontakter fra billige jern, uden frygt for forekomst af rust.

virkemåde

Det transporterende princip af sensoren reed set abstrakt, for eksempel enheden i Pat. Ved spoling af spolen omkring en forseglet kolbe og lede strøm gennem tråden, et magnetisk felt, hvis linjer er rettet langs en sensor akse (inde i kolben). feltstyrken forøges i ferromagneter, multiplicere i titusindvis af gange. Orientering af linjer er det samme. Derfor ved afslutningen af ​​den første jern kontakt opstår sydpol, den anden nord. De vil blive tiltrukket og vil holde hinanden indtil der ikke er ydre felt.

Resterende magnetisering er ikke nok til at holde systemet lukket. Kontaktpersoner vil sprede til deres tidligere positioner. Systemer med guldbelægning kan virke på grund af inducerede strømme, men den magnetiske feltstyrke antages at være stor. Acceptable kaldet Reed sensorer på metalkontakter mere følsomme.

Fordele og ulemper, brugen af

Trods sin tilsyneladende enkelhed, reed sensorer styrer betydelige strømme til beskedne dimensioner, desuden er meget holdbare og kan modstå høje mekaniske belastninger. Ulemperne indbefatter kompleksiteten og de høje omkostninger ved fremstilling af produkter. Ved begyndelsen af ​​det XXI århundrede det viste sig, at den videre udvikling af teknologien er problematisk på grund af fremskridt inden for lineære dimensioner grænse (5 mm i længde). Siden 1940, størrelsen af ​​reed sensoren faldt omkring 30 gange.

5 mm er for store til at anvende produktet i mobiltelefoner, endoskoper, øre-telefoner og andre mobile enheder. Individuelle sælgere er fordelene ved reed sensorer omfatter nul energiforbrug. I en vis forstand er det sandt, at enheden er helt passiv.

millioner af reed sensorer produceres årligt for automatiserede testsystemer, motorer, geologiske udforskning udstyr, medicin, apparater, plader. De tjener til at bestemme orienteringen af ​​indretningen i rummet, registrering magnetfelter er i stand til at spille rollen som et kompas.

Moderne reed sensorer

Udvikling af chips ført til skabelsen af ​​reed sensorer og plane microstrip teknologi. Den teknologiske proces går under ordningen:

1. Den faste kontakt aflejres på siliciumsubstratet.
2. Den bevægelige kontakt har en udskæring til reduktion elastiske egenskaber, lavet af ferromagnetisk materiale og fusioneret til substratet kontakt.
3. Kløften er så lille, at driften er sikret minimum magnetisk feltstyrke.

fabrikations feature

Er vist i figuren hører de plane struktur MEMS - Micro-elektromekaniske systemer (-mikroelektromekanisk System). Ulemperne omfatter sensorens følsomhed til substratet tykkelse, parameterændringerne mellem silicium plader, hvilket gør ustabil resultat. De elastiske egenskaber af pladen afhænger terning af sin tykkelse, fører den mindste fejl til lignende resultater. Endelig temperaturstress af materialet under fremstillingen fører til en ujævn forandring dimensioner, som forårsager bøjning af pladen op eller ned, yderligere indføring tilfældighed i de resulterende resultat.

Proces anerkendt SKADER - producerer mikrokomponenter med høj tæthed. Som et resultat, bliver enheden tilgængelig bedøvelse switching kapacitet - load hundredvis af milliwatt. For eksempel, at produktet er blottet for Redrock tendens til stikning kontakter. Administrerer påføres et substrat område på kun 2,4 sq element. mm i en højde på 0,95 mm konstruktion. Problemet løses ved at anvende pladetykkelsen elementer litografi metoder, bøjnings- retning parallelt med underlaget varierer. Disse antagelser gør det muligt at opnå en høj produktion gentagelsesnøjagtighed.

Producenten hævder at den skade overvinde de begrænsninger, der er anført ovenfor. Især vil det være i stand til at blive fuldgyldige komponenter i den mobile enhed. En yderligere fordel af teknologien er evnen til at finjustere den tærskel, som åbner en ny retning i brugen af ​​reed sensorer. SKADE giver dig mulighed for at sammenligne den enhed med Natural Born markedsledere:

1. Hall-sensorer.
2. Anisotrope magnetoresistive.
3. Plane switche.
4. Giant magnetoresistive.

SMT-teknologi giver os mulighed for at håbe, at enheden vil blive brugt. Et plant samling opnår en høj tæthed arrangement af mikroelementer, automatisere samlingsprocessen. Og indtil nogen tid reed sensorer ikke passer i SMT teknologi med en høj grad af automatisering, men på tidspunktet for det andet årti af det XXI århundrede var der byggeri, mangel på udjævning, fjerne det.

Til dato, det bevist, at fotolitografi kan opnå større nøjagtighed i fremstillingen af ​​reed sensorer end nogen teknologi. Fremstillingsprocessen kort:

1. Særlig polymer (fx polymethylmethacrylat) gennem en maske udsættes for røntgenstråler eller ultraviolet lys.
2. Ekstern eksponering ændrer den molekylære polymergitteret der tillader bestrålede portioner egnet skylning med opløsningsmiddel.
3. Ferro-nikkel-legering (permalloy-80) flugter med den resulterende sprøjtet formular. polymerrester fjernes.
4. Den ønskede lagvis anvendt design.

Det er vigtigt strøm skalering enhed, når miniaturisering at opnå de ønskede egenskaber. Gyldig betragtes som lav kontaktmodstand ved en høj gentagelsesnøjagtighed af parametre fra et til den næste transportør. Det er nødvendigt at skabe en relativ høj tiltrækningskraft på indsatsområde: miniaturisering er ledsaget af et fald i chok attraktion. Heldigvis kan især SKADE teknologi løse problemet på en elegant måde. Forøge kontaktområdet opnås ved forøget tykkelse af det sprøjtede metal (se. ovenfor), bevægelse sker parallelt med substratet. Et par hundrede mikrometer er irrelevant for at placere komponenter på tavlen (fodaftryk ændres ikke).

Andre tekniske løsning er at skabe et radikalt nyt topologi for den skade teknologi. Beregninger viser, at følsomheden af ​​sensoren formår at hæve mindst tre gange. Samtidig elastisk nok til at modstå utilsigtede stød og vibrationer, da vægten af ​​broen med kontakten er meget lille. Anvendelse af en fleksibel kontakt fører til "ambolt" tyk, dannes der magnetiske domæner danner stærk tiltrækning felt. Den resulterende struktur er beskrevet forholdsvis simple matematiske formler, der tillader at forudsige udfaldet. Især beskriver kontaktmodstanden nævnt ovenfor.

Teknologi til produktion af reed sensor har visse uudforskede reserver til introduktionen af ​​produkter af moderne udstyr.