Siv sensor

Reed-sensor - en innretning som endrer kontakten tilstand avhengig av tilstedeværelse eller fravær av det magnetiske felt.

historien

Wikipedia sier at siv sensor oppfunnet i 1936 av Walter Ellwood, som jobbet ved Bell Labs. Denne informasjonen har blitt nøye kontrollert og funnet å være feilaktige. Den første av de patenter som er registrert av Ellwood - ikke at vist i figuren i Wikipedia - er datert 29.03.1938. Det er en bug som tillitvekkende at på Holmskoy Conference 2013 lese en rapport om siv rele, der det henvises til nevnte patent i 1938.

Holmskaya Conference - arrangementet holdt siden 1953 i form av en diskusjon om utviklingen av prestasjoner innen elektrisitet. I 1968 ble han kåret til en lite kjent fysiker Ragnar Holm, 50 år av sitt liv til studiet av problemstillinger knyttet til temaet. Siden 1985 er det offisielt støttet av IEEE Association, en lovgiver i de fleste områder av teknologi.

Så, i 2013, tilsynelatende, diskutert fremskritt i siv relé (se. nedenfor), og forfatterne (Stephen Day og Todd Christenson) nøye merke til at den første «reed switch» dukket opp "for 70 år siden." Enkel subtraksjon skaffe 43. år. Mer som en 14 juli 1942 - datoen for offentliggjøring av patent nummer US2289830 A - snarere enn en hypotetisk, og det er ikke klart som oppsto i 1936. Basert på tilgjengelige data på hånden, ser vi at datoen for fødselen av sensorene er tillatt å vurdere 1938 året for patentsøknad. I tillegg det tillatt eksistensen av dagbøker og journaler, forklarer hva som foregikk ved Bell Labs, men deres virkelige plasseringen er ingenting å vise.

Innholdet i patent

Vist i Wikipedia, hentet fra US Patent 2264746 og forfatter som heter elektromagnetiske bryteren. Publisering fant sted 02.12.1942, etter utgivelsen av den nevnte US2289830 A. Bildet sees forseglet gjennomsiktig glasskolbe som hindrer forurensning av sensor kontakter og deres oksidering. Arbeide betraktet som en del av den ferromagnetiske bånd, som samvirker med en ytre felt (i figuren - Pos. 3 og 6).

Den dielektriske avstands er nødvendig for pålitelig differensiering av kontaktgrupper. Ledere som strekker seg utenfor pæren, som regel laget av kobber eller messing. Etter kontakt med sensoren til de magnetiske feltjernplater er tiltrukket til hverandre ved å endre posisjonen til kontaktene. Det er vist at i fravær av ytre påvirkning strømmer entrer terminal 4, i nærvær av - den femte. Dette lar deg bytte kretsen riktig.

Faktisk US Patent 2264746 innlevert i stafetten. Det kan ikke slå av strømkretsen, av åpenbare grunner, men tjener som et mellomprodukt. Stand til å kontrollere andre, mer kraftfulle enheter. Med hensyn til patentet US2289830 A, arkivert tidligere, der vi snakker om sensoren. Ikke vanskelig å gjette at Ellwood skrev i en artikkel kontor senere kom opp med en ny enhet, og sendt til vurdering fulgt. Tekst og publisert etter hverandre: Ellwood videre sagt om passert det første patentet, er det ingen grunn til å avvise den andre. Som det ble tatt hensyn til av Kommisjonen.

Fra skjermbildet viser det at forfatteren foreslått en rekke ideer for å få til kontakten handling. For det første, et sterkt magnetisk felt som genereres av spolen viklet rundt kolben. Den andre versjon - ryggrad anvendes i form av en spiral, satt på kolben. Den tredje illustrasjonen tyder på at det ytre hylster i form av en sikringsinnsats vil tillate konstruksjon av en hvilken som helst allerede eksisterende solenoid. Til slutt, i den fjerde utførelsesformen tjener til å dekke kobberkontaktene til å samhandle feltinduksjonsstrømmer gull sputtering.

Fra dette er det klart at forfatteren har lenge eksperimentert med den foreslåtte enhet, eller tenker på dem. Basert på denne forutsetningen, antar vi at siv sensor er egentlig tenkt så tidlig som 1936. Tilbyr forfattere og andre alternativer, for eksempel platina flekker på kontaktflaten. Vi går over teksten i patent:

• Målet med arbeidet er å skape en billig og holdbar brytere for å erstatte eksisterende enheter samtidig øke påliteligheten.
• Den nye anordning er slått mye mindre i størrelse enn forløperen, med et minimum av bevegelige deler.
• I fravær av luft (helium, argon etc.) kan utføre innvendige kontakter fra billige jern, uten fare for forekomst av rust.

Prinsippet for operasjonen

Driftsprinsippet for sensoren siv på abstractly, for eksempel, er anordningen gitt i patent nr. Når viklingen spolen rundt en forseglet flaske og å sende strøm gjennom ledningen, av et magnetfelt hvis linjer er rettet langs en akse sensor (inne i kolben). feltstyrken er forbedret i ferromagnets, multiplisere til titusener av ganger. Orientering av ledningene er den samme. Følgelig, ved slutten av det første jern kontakt oppstår sydpol, den andre nord. De vil bli tiltrukket og vil holde hverandre inntil det er ingen ytre felt.

Residual magnetisering er ikke nok til å holde systemet lukket. Kontakter vil spre til sine tidligere stillinger. Systemer med gull kan opptre på grunn av induserte strømmer, men den magnetiske feltstyrken antas å være stor. Akseptable kalt siv sensorer på metallkontaktene mer følsom.

Fordeler og ulemper, bruk av

Til tross for sin tilsynelatende enkelhet, siv sensorer kontrollere vesentlige strømmer til beskjedne dimensjoner, i tillegg er meget slitesterk og kan tåle høye mekaniske påkjenninger. Ulempene omfatter kompleksiteten og høye kostnader for framstilling av produkter. Ved begynnelsen av XXI århundre viste det seg at den videre utvikling av teknologien er problematisk på grunn av fremskritt i lineære dimensjoner grense (5 mm i lengde). Siden 1940, størrelsen av siv sensor redusert ca 30 ganger.

5 mm er for store til å bruke produktet i mobiltelefoner, endoskop, øre-telefoner og andre mobile enheter. Individuelle selgere er verdien av siv sensorer inkluderer null energiforbruk. På en måte er dette sant, enheten er helt passiv.

millioner av reed-sensorer produseres årlig for automatiserte testsystemer, motorer, geologisk leting utstyr, medisin, hvitevarer, platene. De tjener til å bestemme orienteringen av apparatet i plass, opptak magnetfelter er i stand til å spille rollen som et kompass.

Moderne siv sensorer

Utvikling av chips førte til opprettelsen av siv sensorer og planar micros teknologi. Den teknologiske prosessen går av ordningen:

1. Den faste kontakt avsettes på silisiumsubstratet.
2. Den bevegelige kontakt har en utsparing for å redusere elastiske egenskaper, laget av ferromagnetisk materiale og smeltet sammen til substratet kontakt.
3. Gapet er så liten, at drift sikres minimal magnetisk feltstyrke.

produksjonsfunksjoner

Er vist i figuren hører til de plane struktur MEMS - mikro-elektromekaniske systemer (mikroelektromekanisk systems). Ulempene omfatter sensorens følsomhet til substratet tykkelse, parameterendringer mellom silisiumplater, noe som gjør ustabil resultat. De elastiske egenskaper av platen er avhengig av tredje potens av dens tykkelse, fører den minste feilen til lignende resultater. Til slutt, den temperaturspenninger i materialet under fremstillingen fører til en ujevn forandring dimensjoner, som forårsaker bøying av platen opp eller ned, ytterligere innføring av tilfeldigheten i de resulterende resultat.

Prosessen gjenkjent HARM - produserende mikrokomponenter med høy tetthet. Som et resultat, blir enheten tilgjengelig forbløffende koplingskapasitet - last hundre milliwatt. For eksempel, er produktet fritt for RedRock tendens til stikkende kontakter. Forvalter påført på et substrat område på bare 2,4 sq element. mm i en høyde av 0,95 mm konstruksjon. Problemet løses ved å påføre platetykkelse elementer litografiske metoder, bøyeretningen parallelt med underlaget varierer. Disse forutsetningene tillater å oppnå høy produksjon repeterbarhet.

Produsenten hevder at HARM vinne begrensninger som er nevnt ovenfor. Spesielt vil det være i stand til å bli fullverdige komponenter av den mobile enheten. En ytterligere fordel av teknologien er evnen til å finjustere terskel, som åpner opp en ny retning i bruken av siv sensorer. HARM kan du sammenligne enheten med Natural Born markedslederne:

1. Hall sensorer.
2. Anisotrope magnetoresistors.
3. Planar brytere.
4. Giant magnetoresistors.

SMT teknologi tillater oss å håpe at enheten vil bli brukt. En plan enhet oppnår en høy tetthet arrangement av mikroelementer, automatmonteringsprosessen. Og før noen gang siv sensorene ikke passer inn SMT teknologi med en høy grad av automatisering, men samtidig med det andre tiåret av XXI århundre var det konstruksjon, mangel på utjevning, eliminere det.

Til dags dato, viste det seg at fotolitografi kan oppnå større nøyaktighet i produksjonen av siv sensorer enn noen teknologi. Fremstillingsprosessen kort:

1. Spesielle polymer (for eksempel, polymethylmethacrylat) gjennom en maske utsettes for røntgenstråler eller ultrafiolett lys.
2. Utvendig eksponering forandrer det molekylære gitteret polymer som lar bestrålte partier passende skylling med oppløsningsmiddel.
3. Ferro-nikkel-legering (permalloy-80) i flukt med den resulterende sprøytet form. polymerrester fjernes.
4. Den ønskede lagvis påføres design.

Det er viktig gjeldende skaleringsanordningen når miniatyriseringen for å oppnå de ønskede egenskaper. Gyldig anses som lav kontaktmotstand ved en høy repeterbarhet av parametre fra en syklus til den neste transportør. Det er nødvendig for å skape en relativt høy tiltrekningskraft innen handling: miniatyrisering er ledsaget av en nedgang i sjokk attraksjon. Heldigvis kan spesielt HARM teknologi løse problemet på en elegant måte. Ved å øke kontaktarealet oppnås ved å øke tykkelsen av det påsprøytede metall (se. ovenfor), forekommer bevegelse parallelt med underlaget. Et par hundre mikrometer er irrelevant for plassering av komponenter på kretskortet (footprint er ikke forandret).

Annen teknisk løsning er å opprette en radikalt ny topologi for HARM teknologi. Beregninger viser at følsomheten av sensoren klarer å heve minimum tre ganger. Samtidig er elastisk nok til å motstå tilfeldige støt og vibrasjoner, ettersom vekten av broen med kontakten er ytterst liten. Anvendelse av en fleksibel kontakt fører til "ambolt" tykk, dannes det magnetiske områder danner sterkt tiltrekker felt. Den resulterende struktur er beskrevet forholdsvis enkle matematiske formler som tillater å forutsi utfallet. Spesielt beskriver kontaktmotstanden er nevnt ovenfor.

Teknologi for produksjon av siv sensor har visse uutforskede reserver for innføring av produkter av moderne utstyr.