О применении микроакселерометров и гироскопов
Достоинства микроакселерометров и гироскопов (МА и МГ) в части весогабаритных параметров и стоимости – вне конкуренции. Но точность хуже, чем в традиционных решениях. Отсюда и области применения.
На рис. 41 приведён допустимый «уход» (нестабильность) гироскопов разных назначений с одной стороны и условия применения по перегрузкам – с другой.
Рис. 41. Области применения МА и МГ:
КА – космическая аппаратура; ИНК – инклинометры (измерение угловых отклонений по вертикали и азимуту); Авиа, Авто; УРС – управляемые реактивные снаряды; АУС – управляемые артиллерийские снаряды.
По точности МА и МГ лежат в верхней части этого графика (1-10 о/час). Отсюда ясно возможное использование.
Но возможно применение и в авиа-автотехнике, обычно в комбинации, например с GPS (Global Position System), для исключения кратковременных перерывов работы GPS или для кратковременных измерений (кресло космонавта – ускорение).
10. Субмикронные магнитные сенсоры
Общая задача, решаемая магнитным сенсором (МС) – зафиксировать магнитное поле и его изменение. Для решения этой задачи можно применить множество физических явлений, использующих эффекты влияния магнитного поля на какой либо процесс, например, эффект Холла. Существует обширная физическая и техническая литература по этим вопросам, существуют выпускаемые массово промышленностью приборы, предназначенные для устройств измерения параметров магнитного поля (магниторезисторы, магнитодиоды, магнитотранзисторы и пр.).
Остановимся только на одном вопросе, важном для устройств вычислительной техники в первую очередь – магнитные сенсоры в накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), где достигаются предельные по габаритам и чувствительности параметры МС.
Исторически МС пришли в вычислительную технику из магнитофона. Там использовались «магнитные головки» при записи и воспроизведении информации на магнитной ленте или проволоке. Такой сенсор представлял собой трансформатор с малым магнитным зазором, поперек которого (или через который) проходила магнитная лента, содержащая слой ферромагнетика, который мог перемагничиваться под действием поля взазоре (при записи) илииндуцировать в сердечнике и обмотке головки сигнал, записанный на ленте, при воспроизведении записанной информации.
Существенные изменения в считывании информации (речь идет о сенсорах) произошли с появлением персональных компьютеров.
Стремление к уменьшению размеров головки для повышения плотности записи (уменьшению размера информационного «пятна» на носителе – магнитном диске), приводит к неприятностям при воспроизведении. Дело в том, что домены в материале головки хаотически движутся (колеблются). В большой по массе головке эти колебания усредняются, а в малой приводят к флюктуационному шуму, ограничивающему чувствительность головки и плотность записи.
Поэтому в состав современных НЖМД входят три главных элемента: диск и две головки – записывающая и считывающая. С записью проблем нет: можно компенсировать малые размеры увеличением мощности (тока) записи. Здесь шум «задавлен». Современная плотность записи в 150 Мбит/см2 – не предел, ее можно увеличить еще по крайней мере на порядок. Но важно уметь быстро считывать слабый сигнал (слабый, потому что информационное пятно становится все меньше и меньше).
Важнейшим моментом, который позволяет решить эту задачу явился отказ от считывающей магнитной головки и переход к головкам с «магнитным сопротивлением» (МС).
Магнитным сопротивлением (МС) называют изменение удельного электрического сопротивления вещества под воздействием магнитного поля, это явление (в металлах) обнаружил британский физик У.Томсон (Лорд Кельвин) еще в 1857г., и оно (в металлах) практически ничтожно мало. В полупроводниках эффект заметно больше, а в последние годы обнаружены и организованны структуры, где он чрезвычайно велик.
Механизм обычного магнитного сопротивления достаточно прост. Рассмотрим его в полупроводнике. Дрейфовый ток в полупроводнике заставляет хаотично двигающиеся носители заряда упорядоченно смещаться под действием сил внешнего поля. Если поперечно к линиям тока направить магнитное поле, возникнут силы Лоренца, которые искривят траекторию движения носителей (отсюда – эффект Холла и даже – в сильных полях – вихревое движение носителей).