Простейший вариант конструкции щелевого магнитного датчика можно реализовать, используя
магнитоуправляемую микросхему и миниатюрный постоянный магнит.
На рис. 5.32 в качестве примера приведен внешний вид и габаритные размеры миниатюрного щелевого
магнитного датчика, реализованного на основе отечественной магнитоуправляемой микросхемы К1116КП9 и
постоянного магнита из сплава «самарий-кобальт». Основные параметры датчика приведены в таблице 5.2.

Щелевые датчики с большим рабочим зазором
Щелевые магнитные датчики с большим рабочим зазором (более 10 мм), как правило, используются на
объектах со значительным отклонением управляющего элемента (замыкателя или магнита – активатора) при
перемещении их на объекте контроля.
Наиболее типичным случаем являются щелевые магнитные датчики, используемые для контроля положения
лифтовых кабин. При этом ширина рабочего зазора (щели) может составлять от 20 до 40 мм при глубине щели
30…50 мм. Индукция магнитного потока, падающего на МЧЭ, в таких случаях составляет 0,05…1 мТл, что
приводит к определенным трудностям при разработке ЩМД.
На практике могут использоваться два варианта конструкции таких датчиков.
Первый – применение высокочувствительной магнитоуправляемой ИС и пластины-замыкателя
изготовленной из материала, обладающего очень малой величиной остаточной намагниченности. Наиболее
пригодными материалами для изготовления замыкателей являются «муметалл» или феррит с магнитной
проницаемостью более 1000.
В втором случае применяются две магнитоуправляемые ИС, размещаемые на обоих сторонах рабочего
зазора (щели), а в качестве активатора используется достаточно мощный постоянный магнит

На рис.5.33 приведена конструкция ЩМД, реализованная по первому варианту. В качестве МЧЭ
использована высокочувствительная МЧМС типа AD22151, включеная на вход инструментального усилителя
типа АМP-04, работающего в режиме компаратора. В качестве встроенного источника магнитного поля
используется постоянный магнит из сплава NdFeB (В=180 мТл), а в качестве управляющего элемента служит
прямоугольный стержень из феррита с µ >1000.Точность срабатывания датчика составляет порядка ± 0,5 мм.
Электрическая схема датчика приведена на рис. 5.34.

На рис. 5.35 приведена конструкция ЩМД, реализованная по второму варианту. Функциональная схема
датчика приведена на рис. 5.36.
В качестве МЧЭ используются два полевых элемента Холла типа FEHS-01, включенные на входы
компараторов типа Р554СА3. C выхода компараторов сигнал поступает на вход схемы «И-ИЛИ» (DD1), а
затем на триггер (DD2). Датчик питается от двухполярного источника.
В качестве управляющего элемента служит прямоугольный магнит из сплава SmCo. Точность срабатывания
датчика составляет порядка ± 0,25 мм.

Следует отметить, что датчик, реализованный по первому варианту (рис. 5.33) обладает недостаточной
помехоустойчивостью при работе в условиях электромагнитных помех, возникающих при работе
промышленного оборудования.

В качестве замыкателя используются плоские квадратные или круглые пластины с отверстиями или
полюсами, воспроизводящими код Грея. (См. рис. 5.37.а). Пластина-замыкатель механически соединяется с
объектом контроля. В зависимости от конструкции МЩМД может использоваться как в качестве датчика
перемещения (плоская пластина-замыкатель), так и в качестве датчика угла поворота, (когда в качестве
замыкателя используется круглый плоский диск). Каждый канал датчика представляет собой пару
«магнит-магнитоуправляема>я ИС», считывающую сигнал одного разряда. Сигналы с выходов датчика поступают
непосредственно на дешифратор, где преобразуются в необходимую форму.
В многоканальных ЩМД должны использоваться магнитоуправляемые ИС, обладающие высокой
чувствительностью и высокой разрешающей способностью.
При использовании высококачественных магнитов (из сплавов типа «самарий-кобальт» или «неодим-
железо-бор») и высокочувствительных магнитоуправляемых интегральных схем возможно создание
малогабаритных щ
Промышленные образцы щелевых магнитных датчиков
В настоящее время освоен промышленный выпуск широкой номенклатуры щелевых магнитных датчиков.
Ведущей фирмой является Honeywell, которая выпускает несколько серий ЩМД: 1AV, 3AV, 4AV и SR16/17.
Щелевые магнитные датчики типа 1AV2, 1AV10 и 2AV54, в основном, применяются в бесконтактных
прерывателях электронных систем зажигания двигателей внутреннего сгорания.
Напряжение питания указанных датчиков составляет от 4,5 до 24 В (в зависимости от типа прибора).
Потребляемый ток 7…13 мА при токе коммутации 4…20 мА.
Для датчиков предусмотрены две основные схемы подключения нагрузки «с открытым коллектором» или
«с открытым эмиттером».
Датчики предназначены для жестких условий эксплуатации при воздействии высокой температуры (до
0
150 С) и вибрации с ускорением до 40g. [41, 51]
Фирмой Siemens выпускаются ЩМД типа HKZ 101, который является аналогом датчика 2AV 54. Внешний
вид датчика типа 2AV 54 приведен на рис. 5.38.

В пластмассовом корпусе датчика размещены магнитная система с постоянным магнитом и
магнитоуправляемая микросхема типа К1116КП3.
Датчик ДМИ-2 содержит дополнительно инвертирующий усилитель мощности на транзисторе КТ815А.
Элементы усилителя и датчик ДМИ-1 смонтированы на небольшой печатной плате дугообразной формы.
Порядок работы датчика ДМИ-1. При введении зубца замыкателя в зазор, последний шунтирует большую
часть магнитного потока, падающего на магниточувствительный элемент магнитоуправляемой ИС ( К1116КП3).
В результате чего происходит уменьшение индукции до порога отпускания ВОТП. микросхемы и на выходе
датчика устанавливается уровень логической «1». При выходе зубца из зазора индукция увеличивается и при
достижении порога срабатывания ВСРАБ микросхемы происходит обратная смена уровня выходного напряжения
с «1» на «0».
Выходной сигнал датчика ДМИ-1 при наличии зубца шторки в зазоре соответствует высокому уровню
(логическая «1»), а датчика ДМИ-2 – низкому ( логический «0»). Направление движения шторки в зазоре датчика
любое.
Датчики ДМИ-1 и ДМИ-2 предназначены для использования в системах бесконтактного зажигания
двигателей современных легковых автомобилей. Они устойчивы к воздействию маслобензиновой смеси в
соответствии с ГОСТ 3940-84.
Датчики ДМИ-2 снабжены защитой от бросков питающего напряжения, характерных для бортовой сети

Кроме датчиков типа ДМИ в СССР был разработан датчик момента искрообразования типа М1ЦРФ,
имеющий аналогичные параметры. Однако сведений о серийном производстве этого датчика в России не
имеется. [7]
В 1999 год у АО « Сенсор» объявлено о выпуске щелевых магнитных датчиков серии СМА3-П06М. Основные
параметры датчиков приводятся в главе 15 тома 2. [8]
Применение ЩМД в системах электронного зажигания

Конструкция щелевых магнитных датчиков типа 1AV2A,1AV10A, 2АV54 и др. оптимизирована для
использования их в качестве бесконтактного прерывателя в электронных системах зажигания автомобильной
техники.
Электронная система зажигания в процессе эксплуатации практически не требует обслуживания и обладает
следующими основными преимуществами:
• напряжение, подводимое к свечам зажигания, увеличивается по сравнению с напряжением в классической
системе, что позволяет увеличить зазор в свечах зажигания на 20-30% относительно стандартного, в связи
с чем происходит полное сгорание топлива и связанные с ним повышение мощности и экономичности
двигателя, уменьшение нагарообразования, снижение токсичности отработанных газов;
• облегчается пуск холодного двигателя при низких температурах;
• повышается срок службы прерывателя (определяется его механическим износом).

Щелевой магнитный датчик устанавливают в прерыватель-распределител>ь двигателя вместо контактной
группы. ЩМД выполняет функцию бесконтактного прерывателя, определяющего моменты зажигания горючей
смеси в цилиндрах.
Шторку-замыкатель в этом случае изготовляют в виде стакана (см. рис. 5.30.в.), по окружности которого
прорезаны прямоугольные окна. Число окон равно числу цилиндров двигателя.
Шторка укреплена так, что при вращении вала в зазоре датчика поочередно проходят окна и зубцы. При
этом датчик формирует последовательность низковольтных прямоугольных импульсов искрообразования,
которую система зажигания преобразует в высоковольтные разряды в свечах цилиндров двигателя.
Щелевые магнитные датчики типа 1AV2A, 1AV10A и 2АV54, как правило, используются в комплекте со
специальными интегральными схемами электронного зажигания (драйверами).
На рис. 5.40 в качестве примера приведена схема использования ЩМД в комплекте с интегральной
микросхемой-драйвером типа L482 или L482D1. [15]
При использовании более совершенной системы зажигания современной автомобильной техники, кроме
датчика прерывателя, ЩМД могут применяться в качестве: датчиков угла поворота, расхода воздуха, угла
открытия дроссельной заслонки и т.д. (Подробнее см. [23, 24]).
Современные щелевые магнитные датчики обладают очевидными преимуществами перед разомкнутыми
оптронными парами. В первую очередь, можно отметить – отсутствие источника излучения, и, следовательно
– высокую экономичность ЩМД.
Щелевые магнитные датчики не боятся посторонних засветок, агрессивных сред, а также загрязнений,
пыли и дымов.
Основные параметры наиболее известных типов щелевых магнитных датчиков, выпускаемых ведущими
производителями приведены в главе 15 тома 2.

Магнитные датчики угла поворота
Магнитные датчики типа угла поворота представляют достаточно большую группу изделий
микромагнитоэлектроники.
По виду выходного сигнала их можно условно разделить на две группы:
• аналоговые датчики угла, сигнал на выходе которых пропорционален углу поворота;
• цифровые, часто называемые преобразователями типа «угол-код». Сигнал на выходе таких датчиков
выдается в виде цифрового кода.
При этом наибольшее распространение получили двоично-рефлексный или двоично-десятичный
рефлексные коды, а также код Гр эя (по ГОСТ 12814-74). [5]
В качестве аналоговых датчиков угла поворота широко используются бесконтактные переменные резисторы,
описанию работы которых посвящена глава 6.3.

Датчик подобной конструкции работает в диапазоне углов до ± 300 при достаточно хорошей линейности
выходной характеристики.
В работе [16] приведена конструкция датчика угла поворота в котором используется матрица
магниторезисторов. На рис. 5.42 приведен вариант конструкции такого датчика.

Датчик угла поворота содержит два кольцевых магнитопровода 1 и 2, установленных соосно и разделенных
зазором. Кольцевые магнитопроводы (1,2) выполнены П- образными и установлены торцами друг к другу, на
одном из торцов магнитопровода 1 установлен кольцевой постоянный магнит 3, а другой торец выполнен
зубчатым. Зубцы 4 расположены равномерно по окружности с периодом повторения Т. На торце второго
магнитопровода, сопряженного с зубчатым торцом первого магнитопровода, устанавливается
магниторезисторная матрица 5.
Магнитное поле в датчике создается с помощью кольцевого магнита 3, при этом в рабочем воздушном
зазоре, образованном зубцами магнитопровода 1 и магниточувствительными элементами матрицы,
устанавливается определенная напряженность магнитного поля.
Период изменения напряженности магнитного поля для каждой из групп магниторезисторов в матрице
равен периоду Т расположения зубцов магнитопровода 1.
Ввиду расположения магниторезисторов в матрице с шагом равным (5/4)Т, и объединения их в четыре
группы, причем объединение магниторезисторов производится через шаг, равный пяти периодам Т, происходит
изменение сопротивления каждой группы магниторезисторов по своему закону.
В исходном (условно-нулевом) положении магниторезисторы первой группы расположены против
соответствующих зубцов магнитопровода 1, а магниторезисторы третьей группы против пазов между зубцами.
Магниторезисторы второй и четвертой группы будут располагаться в данном случае на границе между зубцами
и пазом.
При повороте магнитопровода относительно оси вращения на четверть периода Т расположение
маниторезисторов первой, третьей и второй, четвертой групп изменится на противоположное. Выбором
соотношения между размерами зубцов магнитопровода 1 и размерами магниторезисторов в матрице можно
добиться получения изменения суммарного сопротивления магниторезисторов каждой группы при вращении

Объединив магниторезисторы первой, третьей и второй, четвертой групп, можно получить две
дифференциальные пары, с которых можно получить два сигнала, изменяющихся по синусному и косинусному
законам.
Таким образом, участие в формировании выходных сигналов датчика четырех групп большого количества
магниточувствительных элементов позволяет значительно повысить точность измерения угла поворота, так
как в этом случае происходит усреднение различного рода технологических отклонений при изготовлении и
юстировке датчика. Наличие дифференциальных пар позволяет компенсировать температурную нестабильность.

В этом случае магниторезисторный мост расположен в магнитном поле, создаваемом двумя миниатюрными
постоянными магнитами, установленными на вращающейся рамке. Устанавливая нулевое положение рамки

Схема работает следующим образом. Выходной сигнал с магниторезисторного моста R1 операционными
усилителями DA1.1 и DA1.2. Кремниевый температурный датчик R12 (KTY 81) установленный в цепи обратной
связи усилителя DA1.2 изменяет его усиление при изменении температуры окружающей среды. На рис. 5.45
приведена выходная характеристики датчика угла поворота при температуре от –25 и +40 0С.

Использование специализированных микросхем в датчиках угла поворота
Особый интерес представляют магнитные датчики угла поворота с использованием специализированных
интегральных схем и тонкопленочных магниторезисторов. В качестве примера можно привести микросхему
типа UZZ9000, разработанную фирмой Philips Semiconductors.
Аналогичная схема предназначена для построения датчиков угла поворота, использующих два
преобразователя магнитного поля. В качестве чувствительного элемента такого датчика используется сдвоенный
тонкопленочный магниторезисторный мост типа KMZ41, также выпускаемый фирмой Philips. Магнитные оси
мостов KMZ41 повернуты на 45° относительно друг друга.

Интегральная схема типа UZZ9000 имеет достаточно сложную структуру. Она содержит два АЦП, один
13-ти разрядный ЦАП и другие необходимые узлы. В схеме используется специальный алгоритм обработки
сигналов с датчика. Микросхема размещается в 24-х выводном DIP корпусе.
Электрическая схема датчика угла поворота приведена на рис. 5.47 и не требует особых пояснений. Сигналы
(±V и ±V ) с мостов KMZ41 подаются на два раздельных входа микросхемы UZZ9000. На выход микросхемы
поступает аналоговый сигнал, пропорциональный углу поворота управляющего магнита.
В качестве управляющего устройства используется вращающийся постоянный магнит. [40, 46].

Основные параметры датчика угла поворота, выполненного на основе тонкопленочного магниторезистора
типа KMZ41 и интегральной схемы UZZ9000 приведены в таблице 5.6.

Датчики угла поворота с использованием магниточувствительных ИС
Наибольшее распространение получили датчики угла поворота, реализованные с использованием
магниточувствительных интегральных микросхем на основе элементов Холла. Например, фирма Honeywell на
основе МЧМС выпускает серию (RP) датчиков угла поворота. Датчики отличаются высокими
магнитоэлектрическими и эксплуатационными параметрами. Они предназначены для использования в
автомобильной электронике. Основные параметры датчика RP-200 приведены в таблице 5.6. Внешний вид и
выходная характеристика датчика на приведены на рис. 5.48 и 5.49. [45]

Преобразователь состоит из следующих основных элементов: входной оси 1 с жестко закрепленной на
ней шестернёй 2, передающей входной угол поворота на кодирующий элемент (КЭ) точного отсчета, ведомых
7 и 7а и ведущих 8 и 8а шестерней, а также редукторов 9, обеспечивающих дискретную с соотношением 2: 20
связь между отсчетами, и считывающих узлов 6 с магнитодиодами. Считывающий узел (СУ) содержит 8 или
10 магнитодиодов, размещенных определенным образом. На рис. 5.51 приведен фрагмент электрической схемы
считывающего узла, состоящий из 4-х магнитодиодов и схемы обработки сигнала

Кодирующий элемент (рис. 5.51.б.) состоит из двух магнитопроводов 3 и 4, каждый из которых имеет
выступ 13 между которыми образуется активная зона рабочего зазора с индукцией магнитного потока,
создаваемого кольцевым магнитом 5 с осевой намагниченностью.
Кодирующий элемент имеет минимальное число границ перехода «1-0», т.е. всего две границы
формирования магнитного поля заданной конфигурации на краях КЭ, где индукция изменяется от 0 до 0,3 Тл.
Элементы 3…8 используются для точного отсчета, кодирующего разряд «единиц» десятичного числа в
двоично-десятичном рефлексном коде, а элементы 3а…8а служат для грубого отсчета ЦПУ-М, кодирующего
разряд десятков десятичного числа в том же коде. Общее число дискретных значений равно 2000 для
трехотсчетного ЦПУ и 200 для двухотсчетного.
Все детали преобразователя, кроме 3…5, выполнены из немагнитных материалов.
Принцип действия преобразователя заключается в следующем. В нулевом положении ( ?= 0) все
магнитодиоды считывающих узлов 6 и 6.а будут находиться вне рабочего зазора, следовательно, на выходе
узлов 6 и 6а сигналы будут равны логическокому «0».
При изменении входного угла до = 18° в рабочем зазоре (где ВЗ > 0) будет находиться лишь один из
магнитодиодов считывающего узла 6 точного отсчета, что будет соответствовать логической «1» именно на
его входе, а сигнал на остальных входах будет соответствовать логическому «0».
Через каждые 18° в рабочем зазоре будут появляться магнитодиоды узла 6, однако сигнал на выходах узла
6а будет соответствовать логическому «0» при изменении входного угла от 0 до 180°.
При = 180° произойдет первое переключение, т.е. поворот КЭ разряда десятков грубого отсчета и,
следовательно, один из магнитодиодов узла 6 а окажется в рабочем зазоре, что будет соответствовать логической
«1» в разряде десятков ЦПУ-М.
Поскольку отношение дискретного переключающего механизма равно 2:20 , то переключение будет
происходить через каждые 180° и, следовательно, в момент = 10 * 180° произойдет первое переключение в
ряде сотен ЦПУ-М и т.д.
Электронные узлы преобразователя ЦПУ-М выполнены в виде унифицированных модулей, содержащих в
зависимости от регулируемого кода по 8 или 10 магнитодиодов, а вся электронная схема состоит из двух
гибридных интегральных схем, размещенных в двух стандартных корпусах. [50]