Радиопарные датчики. 
Информационно-измерительная техника и электроника. 
Преобразователи неэлектрических величин

По аналогии с оптопарными датчиками возможна реализация радиопарных датчиков, содержащих радиопередатчик, радиоприемник и расположенную между ними радиосреду. Внешние факторы чаще всего воздействуют на радиосреду. Радиопередатчик может быть выполнен как интегральные микросхемы (полупроводниковые или гибридные). Радиопередатчик и радиоприемник могут располагаться па одном кристалле (подложке) или на разных кристаллах (подложках), выполняться из одних и тех же материалов в едином техпроцессе.

Радиопарные датчики удачно реализуются с применением АН. На рис. 113 приведены два варианта радиопередатчиков-радиоприемников. В обоих случаях на транзисторах VT1, VT4 построен АН с S-образной ВАХ между клеммами, а — б. Обычно транзисторы одинаковы R1=R2, R4=R5, R3"R1. При построении радиопередатчика отрицательное дифференциальное сопротивление между клеммами, а — б R3 недокомпенсируется сопротивлением резистора R6 (R6.

где Ьэа — эквивалентная индуктивность АН. Антенной является катушка индуктивности L1. Для схемы рис. 113,6

где Ьэ= 0,25R|² Cl (а—>1, Ьэ"Ьэа). Антенной является эквивалент колебательного контура ЬэС₂. При построении радиоприемников используются те же схемы, но отрицательное сопротивление компенсируется сопротивлением R6 (R6>Ro). Резистор R3 в радиопередатчиках нс всегда используется, а в радиоприемниках с него снимают выходной сигнал.

На рис. 114, а показана конструкция датчика давления Р (силы, массы, ускорения), а на рис. 114,6 — датчика для измерения толщины h или удельного электросопротивления р металлических пленок (элементы электропитания опущены). В первом случае под действием давления Р радиоприемник 5 приближается к радиопередатчику 6, выходной сиг нал возрастает. Во втором случае в зависимости от удельного сопротивления пленок р при постоянной их толщине h или в зависимости от толщины h при постоянном удельном сопротивлении р по-разному ослабляется радиосиг нал от радиопередатчика. Интересным представляется использование в качестве катушки индуктивности L1 радиопередатчика и радиоприемника индуктивного балансного сенсора. В этом случае обе катушки располагают так, что при наличии сигнала на катушке L1 передатчика на такой же катушке приемника сигнал отсутствует (сенсор сбалансирован). Полупроводниковый вариант ИБС показан на рис. 115. Первая катушка выполнена эмиттериой диффузией с поверхностным сопротивлением слоя p_s =1−5 Ом/кв. Поэтому ее активное сопротивление при длине витка 1−5 мм и ширине проводника 20 мкм будет составлять сотни Ом — единицы кОм. Если такую катушку использовать в передатчике, показанном на рис. 114, а, то эквивалентное сопротивление АН должно быть больше активного сопротивления такой катушки резистора. Соответствующим образом следует выбирать номиналы резисторов в АН. В другом варианте (рис. 113,6) такую катушку в передатчике следует включить вместо резистора R3, а вторую катушку из металла в радиоприемник следует включить последовательно с конденсатором С2.

В гибридной микросхеме обе катушки выполняются из проводящих пленок и разделяются диэлектрической пленкой, поэтому не возникает проблем с их включением. В полупроводниковом варианте сторона а катушки равна 0,5−4 мм, в гибридном — 4−10 мм. При использовании других АН возможны иные варианты включения катушки.

Если передатчик, приемник и ИБС выполнены на одном кристалле (подложке), то конструкция датчика силы будет отличаться от приведенной тем, что на мембране будет отсутствовать кристалл приемника (мембрана металлическая). В этом случае используется следующее свойство ИБС: при приближении к сенсору металла за счет образования в нем контура вихревых токов нарушается баланс, т.с. на второй катушке растет уровень сигнала по мере приближения металла.

Микросхему датчика с ИБС можно использовать для измерения проводимости жидкости, для реализации радиомикрофонов, плоских весов, тахометров, для измерения размеров отверстий в металлических деталях, толщины диэлектриков на металлах. Потребляемая микросхемой мощность легко снижается до единицы мкВт.

Рис. 112. Измеритель тока в нагрузке

Рис. 113. Схемы радиопередатчиков-радиоприемников на АН

Рис. 111. Измеритель скорости газов: 1-труба, 2- ввинчивающаяся вставка, 3- уплотняющая прокладка, 4- диэлектрик, 5- позистор, Up — напряжение источника подогрева; Др1, Др2 — высокочастотные дроссели

Рис. 114. Радиопарные датчики давления (а) и толщины металлической пленки (б). 1- диэлектрическое основание, 2- втулка, 3- гофр, 4- мембрана, 5- радиоприемник, 6 — радиопередатчик, 7- ситалловая подложка, 8- металлическая пленка

Рис. 115. Полупроводниковый индуктивный балансный сенсор