Vyhodnocovací jednotka pro metalické Hallovy senzory v prostředí s vysokými teplotami a ionizačním zářením

0582835 - ÚFP 2024 RIV CZ cze L - Prototyp, funkční vzorek
Sládek, Petr - Entler, Slavomír - Ďuran, Ivan - Turjanica, P.
Vyhodnocovací jednotka pro metalické Hallovy senzory v prostředí s vysokými teplotami a ionizačním zářením.
[Controller for metallic Hall sensors.]
Interní kód: TK03030070-V7 ; 2022
Technické parametry: Vstupní karta jednotky AFE obsahuje instrumentační zesilovače, analogový komutátor zajišťující rotaci napájecího proudu sensoru a diferenciální zdroj proudu pro napájení senzorů v rozsahu až 10 V/10 mA. Univerzální programovatelná procesorová karta DSP je vybavena rychlými diferenciálními vstupy/výstupy 2x ADC 32bit s převzorkováním, 2x DAC 16-24bit a 1x 2 kanálový 24bit výstupní DAC. Karta PWR zajišťuje napájení AFE s parametry ±12 V/1 A a ±5 V/1 A, což poskytuje dostatek výkonu pro napájení Hallových senzorů až do 0,7 , a napájení DSP s parametry 3,3 V/2 A a 5 V/0,4 A. Karty DSP a PWR jsou plně programovatelné. Mikroprocesor DSP je typu ARM Cortex a využívá toolchain STM Cube IDE 1.7.0 a STM Cube MX. PWR je postaveno na mikrokontroleru AVR ATtiny a využívá toolchain AVR Atmel Studio 7. Mikrokontroler PWR zajišťuje diagnostiku napájení jednotky a sekvencováni napájení DSP i AFE. Pro potlačení parazitních zemních smyček je napájení DSP a AFE galvanicky oddělené. Funkční vzorek umožňuje měřit Hallovy senzory napájené proudem v softwarově nastavitelném rozsahu 1 až 10mA. Elektrický odpor měřících kanálů může být v rozsahu 0 až 1,5 kΩ při proudu 4 mA (RMS). Jednotka má tři výstupy – hlavní výstupní signál odpovídající Hallovu napětí a dva vedlejší výstupy odpovídající elektrickému odporu větví senzoru. Funkční vzorek má velmi vysoké zesílení při zachování stejného offsetu ve srovnání s dosud používanou analogovou vyhodnocovací jednotkou pro bismutové senzory. Současně integruje ortogonální demodulaci signálu (sin+cos), která zlepšuje přesnost měření.
Ekonomické parametry: Vyhodnocovací jednotka umožňuje zvýšení přesnosti měření magnetického pole a současně kontrolu stavu čidla měřením jeho elektrického odporu. Ekonomický přínos je v možnosti aplikace Hallových senzorů v náročných podmínkách vysokých teplot a ionizačního záření, kde to dříve nebylo možné.
Grant CEP: GA TA ČR(CZ) TK03030070
Institucionální podpora: RVO:61389021
Klíčová slova: Hall sensor * controller * digital signal processing
Obor OECD: Fluids and plasma physics (including surface physics)

Vyhodnocovací jednotka zajišťuje napájení Hallových senzorů a současně snímání jejich výstupního signálu. Signál senzoru zpracovává, potlačuje rušivá napětí a zesiluje Hallovo napětí. Zpracování signálu je digitální, jednotka je programovatelná. Jednotka integruje technologii synchronní detekce pro získání slabého měřeného signálu v silně rušeném prostředí a technologii proudové rotace, která potlačuje offsetové napětí a planární Hallovo napětí. Jednotka má tři výstupy – hlavní výstupní signál odpovídající měřenému Hallovu napětí a dva vedlejší výstupy odpovídající elektrickému odporu větví senzoru.

Controller provides power supply to the Hall sensors and simultaneously reads their output signal. The sensor signal is processed, cleaned of interfering voltages and amplified. The signal processing is digital, the unit is programmable. The unit integrates synchronous detection technology to obtain a weak measured signal in a highly disturbed environment and current spinning technology to suppress offset voltage and planar Hall voltage. The controller has three outputs - a main output signal corresponding to the measured Hall voltage and two secondary outputs corresponding to the electrical resistance of the sensor branches.
Trvalý link: https://hdl.handle.net/11104/0350885