Reed-sensor

Reed-sensor - en anordning som ändrar kontakttillstånd beroende på närvaron eller frånvaron av det magnetiska fältet.

berättelse

Wikipedia anger att reed sensorn uppfanns 1936 av Walter Ellwood, som arbetade på Bell Labs. Den här informationen har kontrollerats noggrant och befunnits vara felaktig. Den första av de patent som registrerats av Ellwood - inte den som visas i figuren i Wikipedia - är daterat 29 mar 1938. Det finns en bugg som inger förtroende som på Holmskoy Conference 2013 läste en rapport om vass reläer, där det hänvisas till nämnda patent i 1938.

Holmskaya Conference - evenemang som hålls sedan 1953 i form av en diskussion om utvecklingen av landvinningar inom el. 1968 utsågs han till en föga känd fysikern Ragnar Holm, 50 år av sitt liv åt att studera frågor som rör temat. Sedan 1985 är det officiellt stöds av IEEE Association, en lagstiftare i de flesta teknikområden.

Så i 2013, uppenbarligen diskuterade framsteg i tungreläer (se. nedan), och författarna (Stephen dag och Todd Christenson) märkt noga att den första «reed switch» dök "70 år sedan." Enkel subtraktion erhålla 43: e år. Mer som en 14 juli 1942 - dagen för offentliggörandet av patent nummer US2289830 A - snarare än en hypotetisk och det är inte klart varifrån uppstod 1936. Baserat på tillgängliga uppgifter om hand kan vi konstatera att det födelsedatum av sensorerna är tillåtet att betrakta 1938 det år då patentansökan. Dessutom tillät det förekomsten av dagböcker och register, förklarar vad som hände vid Bell Labs, men deras verkliga platsen är inget att visa.

Innehållet i patentet

Visas i Wikipedia, tagen från det amerikanska patentet 2264746 och författaren kallas elektromagnetiska switch. Publikation skedde December 2, 1942, efter utgivningen av den tidigare nämnda US2289830 A. Bilden sett försluten genomskinlig glaskolv som förhindrar kontaminering av sensorkontakterna och deras oxidation. Arbetar betraktas som en del av den ferromagnetiska remsan, som samverkar med ett yttre fält (i figuren - Pos. 3 och 6).

Det dielektriska distans behövs för tillförlitlig differentiering av grupper av kontakter. Ledare, som sträcker sig utanför lampan, som regel tillverkad av koppar eller mässing. Efter kontakt med sensorn till de magnetiska fältjärnplattor attraheras till varandra genom att ändra läget av kontakterna. Det visas att i frånvaro av yttre påverkan strömmen kommer in i terminalen 4, i närvaro av - den femte. Detta gör det möjligt att växla kretsen ordentligt.

I själva verket, US Patent 2264746 inlämnad i reläet. Det kan inte växla effektkretsen, av uppenbara skäl, men tjänar som en mellanprodukt. Kunna kontrollera andra, mer kraftfulla enheter. När det gäller patent US2289830 A, inlämnad tidigare där vi talar om sensorn. Inte svårt att gissa att Ellwood skrev i en uppsats byrå, och senare kom upp med en ny enhet, och skickas för granskning följde. Texter och publicerats för varandra: Ellwood sade vidare om klarat det första patentet, finns det ingen anledning att avvisa den andra. Som det har beaktats av kommissionen.

Från skärmbilden visar att författaren föreslagit ett antal idéer för att föra kontakt åtgärder. För det första, ett starkt magnetfält som alstras av spolen lindad runt kolven. Den andra versionen - ryggraden används i form av en spole, sätta på kolven. Den tredje illustrationen antyder att det yttre höljet i form av en säkringsinsats kommer medger konstruktion av vilken som helst redan existerande solenoiden. Slutligen, i den fjärde utföringsformen tjänar till att täcka kopparkontakterna att interagera fältinduktionsströmmar guld förstoftning.

Utifrån detta är det tydligt att författaren länge har experimenterat med den föreslagna anordningen, eller tänka på dem. Baserat på denna premiss, antar vi att reed sensorn verkligen tänkt så tidigt som 1936. Erbjuder författare och andra alternativ, till exempel platina fläckar på kontaktytan. Vi går över texten i patentet:

• Syftet med arbetet är att skapa en billig och hållbara växlar för att ersätta de befintliga enheterna och samtidigt öka tillförlitligheten.
• Den nya enheten är mycket mindre i storlek än föregångaren, med ett minimum av rörliga delar.
• I frånvaro av luft (helium, argon, etc.) Kan utföra inuti kontakter från billiga järn, utan rädsla för förekomst av rost.

Principen för drift

Arbetsprincipen hos sensorn vass tittade abstrakt, till exempel, är anordningen ges i patent nr. När lindning av spolen runt en förseglad kolv och passerar ström genom tråden, ett magnetiskt fält, vars linjer är riktade längs en sensoraxel (inuti kolv). fältstyrkan ökas i ferromagnets, multiplicera in i tiotusentals gånger. Orientering av linjerna är densamma. Följaktligen, vid slutet av den första järn kontakt uppstår sydpol, den andra norr. De kommer att lockas och kommer att hålla varandra tills det inte finns någon yttre fältet.

Kvarvarande magnetisering är inte tillräckligt för att hålla systemet stängt. Kontakter kommer sprida till sina tidigare positioner. System med guldplätering kan verka på grund av inducerade strömmar, men den magnetiska fältstyrkan antas vara stor. Godtagbara kallade reed sensorer på metallkontakter känsligare.

Fördelar och nackdelar, användning av

Trots dess skenbara enkelhet, Reed-sensorer styra betydande strömmar till blygsamma dimensioner, dessutom är mycket hållbart och kan motstå höga mekaniska spänningar. Nackdelarna inkluderar komplexiteten och hög tillverkningskostnaden för produkterna. I början av XXI århundradet visade det sig att den fortsatta utvecklingen av tekniken är problematisk på grund av framsteg inom linjära dimensioner gräns (5 mm i längd). Sedan 1940, storleken på reed sensorn minskade ungefär 30 gånger.

5 mm är för stora för att använda produkten i mobiltelefoner, endoskop, örat-telefoner och andra mobila enheter. Enskilda säljare är fördelarna med Reed-sensorer inkluderar noll energiförbrukningen. På sätt och vis är detta sant, enheten är helt passiv.

miljontals Reed-sensorer produceras årligen för automatiserade testsystem, motorer, geologisk prospektering utrustning, medicin, vitvaror, tallrikar. De tjänar till att bestämma orienteringen av enheten i rymden, inspelning magnetfält kan spela rollen av en kompass.

Moderna Reed-sensorer

Utveckling av chips ledde till skapandet av Reed-sensorer och plana mikrostripteknik. Den tekniska processen går systemet:

1. Den fasta kontakten är deponerad på kiselsubstratet.
2. Den rörliga kontakten har en utskärning för att minska elastiska egenskaper, gjorda av ferromagnetiskt material och kondenserade till substratkontakten.
3. Gapet är så liten, att drift garanteras minsta magnetiska fältstyrkan.

tillverkningsfunktioner

Visas i figuren hör till de plana struktur MEMS - Micro-elektromekaniska system (mikroelektromekaniskt system). Nackdelarna inkluderar känsligheten hos sensorn till substrattjockleken, parameterändringar mellan kiselplattorna, vilket gör instabila resultat. De elastiska egenskaperna hos plattan beror på kuben av dess tjocklek, leder det minsta felet till liknande resultat. Slutligen, temperaturstress hos materialet under tillverkning leder till en ojämn förändring dimensioner, vilket orsakar böjning av plattan upp eller ner, vidare introducera slumpmässighet i de resulterande resultat.

Process erkänd SKADA - producerande mikrokomponenter med hög densitet. Som ett resultat blir enheten tillgänglig fantastiska brytförmåga - last hundratals milliwatt. Till exempel är produkten saknar Redrock tendens att klibba kontakter. Förvaltar appliceras på ett underlag yta på endast 2,4 sq elementet. mm vid en höjd av 0,95 mm konstruktion. Problemet löses genom att applicera platta tjocklekselement litografimetoder, bockningsriktningen parallellt med substratet varierar. Dessa antaganden gör det möjligt att uppnå hög produktion repeterbarhet.

Tillverkaren hävdar att den skada övervinna begränsningarna som anges ovan. Framför allt kommer det att kunna bli fullvärdiga komponenter i mobiltelefonen. En ytterligare fördel med tekniken är förmågan att finjustera tröskeln, vilket öppnar upp en ny riktning i användningen av Reed-sensorer. HARM kan du jämföra enheten med Natural Born marknadsledande:

1. Hall-sensorer.
2. Anisotropa magnetoresistorerna.
3. Plana växlar.
4. Giant magnetoresistorerna.

SMT-tekniken tillåter oss att hoppas att enheten ska användas. En plan aggregatet uppnår en hög densitet arrangemang av mikroelement, automatisera monteringsprocessen. Och tills en tid Reed-sensorer inte passar i SMT-teknik med en hög grad av automatisering, men vid tidpunkten för det andra decenniet av XXI talet fanns konstruktion, brist på utjämning, vilket eliminerar det.

Hittills visade det sig att fotolitografi kan uppnå större noggrannhet vid tillverkning av Reed-sensorer än någon teknik. Tillverkningsprocessen kort:

1. Speciell polymer (t ex polymetylmetakrylat) genom en mask exponeras för röntgenstrålar eller ultraviolett ljus.
2. Extern bestrålning förändrar den molekylära polymergitter som tillåter bestrålade partier lämplig skölj med lösningsmedel.
3. Ferro-nickellegering (permalloy-80) i jämnhöjd med den resulterande sprutade formen. polymerrester avlägsnas.
4. Den önskade skiktvis tillämpas design.

Det är viktigt strömskalningsanordningen när miniatyrisering för att erhålla de önskade egenskaperna. Giltigt anses lågt kontaktmotstånd vid en hög repeterbarhet av parametrar från en cykel till nästa transportör. Det är nödvändigt att skapa en relativt hög attraktionskraft när det gäller åtgärder: miniatyrisering åtföljs av en minskning i chock attraktion. Lyckligtvis kan särskilt HARM teknik löser problemet på ett elegant sätt. Ökar kontaktområdet åstadkoms genom ökad tjocklek av det sprutade metallen (se. ovan), sker rörelse parallellt med substratet. Ett par hundra mikrometer är irrelevant för att släppa komponenter på kortet (fotavtryck ändras inte).

Annan teknisk lösning är att skapa en radikalt ny topologi för HARM teknik. Beräkningar visar att känsligheten hos sensorn lyckas höja minst tre gånger. Samtidigt elastisk nog att stå emot oavsiktliga stötar och vibrationer, eftersom vikten av bron med kontakten är extremt liten. Applicering av en flexibel kontakt leder till den "städ" tjock, är det bildade magnetiska domäner bildar starka attrahera fältet. Den resulterande strukturen beskrivs ganska enkla matematiska formler som gör det möjligt att förutsäga resultatet. I synnerhet, beskriver kontaktmotstånd som nämnts ovan.

Teknik för produktion av vass sensor har vissa outforskade reserver för införsel av produkter av modern utrustning.