Reed-Sensor

Reed-Sensor - ein Gerät, das der Kontaktzustand in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit des Magnetfelds ändert.

Geschichte

Wikipedia besagt, dass der Reed-Sensor im Jahr 1936 von Walter Ellwood erfunden, die bei den Bell Labs arbeitete. Diese Informationen wurden sorgfältig geprüft und als fehlerhaft gefunden. Die erste der Patente von Ellwood eingereicht - nicht, dass in der Figur in Wikipedia gezeigt - wird 29. März 1938 datiert. Es ist ein Fehler, das Vertrauen, das auf Holmskoy Conference 2013 las einen Bericht über die Reedrelais inspiriert, wo das Bezug 1938 zu dem genannten Patent hergestellt wird.

Holmskaya Konferenz - Veranstaltung seit 1953 in Form einer Diskussion über den Fortschritt der Leistungen auf dem Gebiet der Elektrizität statt. 50 Jahre seines Lebens dem Studium der Fragen im Zusammenhang mit dem Thema im Jahr 1968 war er ein wenig bekannter Physiker Ragnar Holm, benannt. Seit 1985 wird es von IEEE Association, ein Gesetzgeber in den meisten Bereichen der Technik offiziell unterstützt.

Also, im Jahr 2013 offenbar diskutiert Fortschritte in der Reed-Relais (siehe. unten), und die Autoren (Stephen Day und Todd Christenson) bemerkt sorgfältig, dass der erste «Reed-Schalter» erschien „vor 70 Jahren.“ Einfache Subtraktion das 43. Jahr erhalten. Mehr wie einen 14. Juli 1942 - den Tag der Veröffentlichung der Patentnummer US2289830 A - eher als eine hypothetische und es ist nicht klar, aus der im Jahr 1936 entstanden ist. Auf der Grundlage der verfügbaren Daten auf der Hand, stellen wir fest, dass das Geburtsdatum der Sensoren zulässig ist 1938 das Jahr der Patentanmeldung zu betrachten. Darüber hinaus erlaubt es die Existenz der Tagebücher und Aufzeichnungen, zu erklären, was bei den Bell Labs geschah, aber ihre wirkliche Lage ist nichts zu zeigen.

Der Inhalt des Patents

Gezeigt in der Wikipedia, entnommen aus dem US-Patent 2264746 und der Autor elektromagnetische Schalter genannt. Diese Veröffentlichung erfolgte 2. Dezember 1942, nach der Veröffentlichung der vorgenannten US2289830 A. Das Bild versiegelte transparente Glaskolben gesehen, dass eine Kontamination der Sensorkontakte und deren Oxidation verhindert. Teil des ferromagnetischen Streifens betrachtet Arbeiten, die mit einem externen Feld in Wechselwirkung treten (in der Figur - Po. 3 und 6).

Der dielektrische Abstandshalter ist für eine zuverlässige Unterscheidung von Gruppen von Kontakten benötigt. Der Leiter erstreckt außerhalb der Lampe, in der Regel aus Kupfer oder Messing. Nach dem Kontakt mit dem Sensor zu den Magnetfeldeisenplatten werden durch Ändern der Position der Kontakte zueinander hingezogen. Es wird, dass das mobile Endgerät 4, in Gegenwart tritt in Abwesenheit eines äußeren Einflusses Strom gezeigt - der fünften. Auf diese Weise können Sie die Schaltung richtig wechseln.

In der Tat, 2264746 US-Patent im Relais abgelegt. Es kann nicht den Stromkreis schalten, aus offensichtlichen Gründen, sondern dient als Zwischenprodukt. Der Lage, andere, leistungsfähigere Geräte zu steuern. Im Hinblick auf die US2289830 Ein Patent, früher eingereichten, wo wir sprechen über den Sensor. Nicht schwer zu erraten, dass Ellwood in einem Papier Büro schrieb später kam mit einem neuen Gerät auf und schickte zur Überprüfung gefolgt. Texte und für sie veröffentlicht: Ellwood sagte weiter, wenn das erste Patent weitergegeben, es gibt keinen Grund, die zweiten abzulehnen. Was sie berücksichtigt von der Kommission getroffen wurde.

Aus dem Screenshot zeigt es, dass der Autor eine Reihe von Ideen vorgeschlagen, die Kontaktwirkung zu bringen. Zunächst wird ein stark von der Spule erzeugte Magnetfeld um die Kolben aufgewickelt. Das zweite Version - Rückgrat ist in der Form einer Spule, setzte auf dem Kolben verwendet. Die dritte Darstellung zeigt, dass das äußere Gehäuse in der Form eines Sicherungseinsatzes wird die Konstruktion eines bereits vorhandenen Elektromagneten ermöglichen. Schließlich wird in der vierten Ausführungsform dient die Kupferkontakte zur Abdeckung Feldinduktionsstrom Gold Sputter zu interagieren.

Daraus wird deutlich, dass der Autor lange mit der vorgeschlagenen Vorrichtung experimentiert hat, oder über sie nachzudenken. Auf der Grundlage dieser Prämisse, gehen wir davon aus, dass der Reed-Sensor wirklich bereits 1936 konzipiert ist. Angebote Autoren und andere Optionen, zum Beispiel Platin Kleckse auf der Kontaktfläche. Wir gehen über den Text des Patents:

• Das Ziel der Arbeit ist eine billige und dauerhafte Schalter zu erstellen, die vorhandenen Geräte zu ersetzen, während die Zuverlässigkeit erhöht wird.
• Das neue Gerät ist viel kleiner als der Vorläufer gedreht, mit einem Minimum an beweglichen Teilen.
• In Abwesenheit von Luft (Helium, Argon, etc.) innerhalb von Kontakten aus billigen Eisen, ohne Gefahr des Auftretens von Rost führen.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip des Sensors Reed abstrakt betrachtet, beispielsweise ist die Vorrichtung in Pat gegeben. Beim Wickeln der Spule um einen versiegelten Kolben gegeben und Leiten von Strom durch den Draht, ein magnetisches Feld, deren Linien entlang einer Sensorachse (im Kolben). die Feldstärke wird in Ferromagneten verstärkt, in die Zehntausende von mal zu multiplizieren. Die Ausrichtung der Linien ist das gleiche. Folglich am Ende des ersten Eisen Kontakts tritt Südpol, den zweiten Norden. Sie werden angezogen und sie halten, bis kein externes Feld ist.

Restmagnetisierung ist nicht genug, um das System geschlossen zu halten. Die Kontakte werden in ihre früheren Positionen verteilen. Systeme mit Vergoldung können induzierte Ströme aufgrund wirken, aber die magnetische Feldstärke angenommen, groß zu sein. Akzeptable genannt Reed-Sensoren auf Metallkontakte empfindlicher.

Vor- und Nachteile, die Verwendung von

Trotz seiner scheinbaren Einfachheit, Reed-Sensoren erhebliche Ströme bescheidener Dimensionen steuern, zusätzlich ist sehr langlebig und kann hohe mechanische Beanspruchungen standhalten. Die Nachteile sind die Komplexität und die hohen Kosten für die Herstellung von Produkten. Mit dem Beginn des XXI Jahrhunderts stellte sich heraus, dass die weitere Entwicklung der Technologie aufgrund der Fortschritte in der linearen Abmessungen Grenze (5 mm in der Länge) problematisch ist. Seit 1940 verringerte sich die Größe des Reed-Sensor etwa 30-mal.

5 mm sind zu groß, um das Produkt in Handys, Endoskope, Ohr-Telefonen und anderen mobilen Geräten zu verwenden. Einzelne Verkäufer sind die Vorzüge der Reed-Sensoren Null Energieverbrauch aufweisen. In einem gewissen Sinne das ist wahr, das Gerät vollständig passiv ist.

Millionen von Reed-Sensoren werden jährlich für automatisierte Testsysteme, Motoren, geologische Exploration Ausrüstung, Medizin, Geräte, Teller. Sie dienen dazu, die Ausrichtung des Geräts im Raum zu bestimmen, Aufzeichnungsmagnetfelder in der Lage sind, die Rolle eines Kompasses zu spielen.

Moderne Reed-Sensoren

Entwicklung von Chips führte zur Schaffung von Reed-Sensoren und planarer Mikrostreifen-Technologie. Der technologische Prozess geht nach dem Schema:

1. Der feste Kontakt ist auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden.
2. Der bewegliche Kontakt weist eine Aussparung für die elastischen Eigenschaften zu reduzieren, aus ferromagnetischem Material und den Substratkontakt fusionierte.
3. Der Spalt ist so klein, ist, dass der Betrieb minimale magnetische Feldstärke gewährleistet.

Herstellungsmerkmale

Ist in der Figur gezeigt wird, gehört zu der planaren Struktur MEMS - Micro-Electro-Mechanical System (Microelectromechanical System). Die Nachteile umfassen die Empfindlichkeit des Sensors auf die Substratdicke, die Parameteränderungen zwischen den Siliziumplatten, wodurch instabiles Ergebnis. Die elastischen Eigenschaften der Platte auf der dritten Potenz seiner Dicke abhängt, führt die geringste Fehler zu ähnlichen Ergebnissen. Schließlich führt die Temperaturbelastung des Materials während der Herstellung zu einer ungleichmäßigen Änderung Dimensionen, die nach oben oder unten von der Platte verursacht Biegen, weiter Zufälligkeit in den resultierenden Einführung Ergebnis.

Prozess erkannt HARM - Herstellung von Mikrokomponenten mit hohen Dichte. Als Ergebnis wird das Gerät verfügbar beeindruckende Schaltvermögen - Last Hunderte von Milliwatt. Zum Beispiel ist das Produkt der RedRock Tendenz zu kleben Kontakte frei. Managt auf eine Substratfläche von nur 2,4 sq Elemente angelegt. mm bei einer Höhe von 0,95 mm Aufbau. Das Problem wird durch Anwenden Elemente Lithografieverfahren Plattendicke, die Biegerichtung parallel zu dem Substrat variiert gelöst. Diese Annahmen lassen hohe Produktions Wiederholbarkeit zu erzielen.

Der Hersteller behauptet, dass die HARM die Beschränkungen oben aufgeführten zu überwinden. Insbesondere wird es in der Lage sein, voll Komponenten des Mobilgerätes zu werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Technologie ist die Fähigkeit, die Schwelle für die Feinabstimmung, die eine neue Richtung in der Verwendung von Reed-Sensoren öffnet. HARM können Sie das Gerät mit Natural Born Marktführer vergleichen:

1. Hall-Sensoren.
2. Anisotroper Magnetowiderstände.
3. Planar-Switches.
4. Riesenmagnetowiderstände.

SMT-Technologie ermöglicht es uns, zu hoffen, dass das Gerät verwendet werden. Plane Anordnung erzielt eine hochdichte Anordnung von Mikroelementen, den Montageprozess automatisieren. Und erst einige Zeit Reed-Sensoren passen nicht in SMT-Technologie mit einem hohen Grad an Automatisierung, aber zum Zeitpunkt des zweiten Jahrzehnts des XXI Jahrhunderts gab es Konstruktion, fehlende Glättung, die Beseitigung es.

Bis heute bewies, dass Photolithographie eine höhere Genauigkeit bei der Herstellung von Reed-Sensoren als jede Technologie erreichen kann. Der Herstellungsprozess kurz:

1. Spezielle Polymer (z.B. Polymethylmethacrylat) wird durch eine Maske mit Röntgenstrahlen oder ultraviolettem Licht ausgesetzt wird.
2. Externe Belichtung verändert die molekularen Polymergitter, die bestrahlten Teile geeignet Spülung mit Lösungsmitteln ermöglicht.
3. Ferro-Nickel-Legierung (Permalloy-80) bündig mit der sich ergebende Form gesprüht. Polymerreste werden entfernt.
4. Das gewünschte Design schichtweise aufgetragen.

Es ist wichtig, stromskalierende Vorrichtung, wenn die Miniaturisierung der gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Gültig betrachten niedrigen Kontaktwiderstand bei einer hohen Wiederholbarkeit der Parameter von einem Zyklus zum nächsten Förderband. Es ist notwendig, eine relativ hohe Anziehungskraft auf dem Gebiet der Aktion zu schaffen: die Miniaturisierung durch eine Abnahme des Schock Attraktion begleitet wird. Zum Glück, vor allem kann HARM Technik das Problem auf elegante Weise lösen. Die Erhöhung der Kontaktfläche durch vergrößerte Dicke des aufgesprühten Metalls erreicht wird (vgl. oben), tritt Bewegung zu dem Substrat parallel. Ein paar hundert Mikrometern, ist irrelevant für die Komponenten auf der Platine platziert (Stellfläche nicht geändert wird).

Andere technische Lösung ist eine radikal neue Topologie für HARM Technologie zu schaffen. Berechnungen zeigen, dass die Empfindlichkeit des Sensors mindestens dreimal zu erhöhen verwaltet. Zur gleichen Zeit elastisch genug, um versehentliche Stöße und Vibrationen, da das Gewicht der Brücke mit dem Kontakt zu widerstehen, ist äußerst gering. Anwendung eines flexiblen Kontakt führt zu dem „Amboß“ dick ist, sind gebildet magnetischen Domänen bilden starke Anziehungsfeld. Die resultierende Struktur ist ziemlich einfache mathematische Formeln beschrieben, das Ergebnis vorherzusagen, zu ermöglichen. Insbesondere beschreiben oben genannten Kontaktwiderstand.

Technologie der Herstellung von Reed-Sensor hat bestimmte unerforscht Reserven für die Einführung von Produkten der modernen Ausrüstung.