مقدمه
بطور كلي موقعيت سنجي از روش هاي مختلف زير قابل حصول است :
خازني، جريان يورشي، نوري، مقاومتي، سونار، ليزري، پيزوالكتريك، القايي، مغناطيسي.
سنسور هاي مغناطيسي براي بيش از ۲۰۰۰سال است كه در حال استفاده مي باشند. كاربرد اخير سنسورهاي مغناطيسي در رهيابي ياناوبري(Navigation) مي باشد.

سنسورهاي مغناطيسي از آهنرباي دائمي و يا آهنرباي الكتريكيِ توليد شده از جريان ac و dc استفاده مي كند. سنسورهاي مغناطيسي ، بطور كلي ، بر ميدان مغناطيسي عمل مي كنند و ويژگيهاي آنها تحت تاثير ميدان مغناطيسي تغيير مي كند. از ويژگيهاي اين سنسورها غير تماسي بودن (Noncontact) آنهاست. در آنها هيچ اتصال مكانيكي ميان قسمت هاي متحرك و قسمت هاي ثابت وجود ندارد. اين خاصيت منجر به افزايش طول عمر آنها شده است. علاوه بر اين لغزش قسمت هاي متحرك بر هم، در ديگر سنسورها مثل پتانسيومتر باعث ايجاد نويز مي شود، كه اين مشكل در سنسورهاي مغناطيسي رفع شده است.

سنسورهاي مغناطيسي به سبب ساختار مناسبي كه دارند در محيط هاي آلوده، چرب و روغني بخوبي عمل مي كنند و به همين علت در اتومبيل و كاربرد هاي اين چنيني بسيار مفيد هستند.
سنسورهاي مغناطيسي بر مبناي رنج ميدان اعمالي بصورت زير تقسيم بندي مي شوند:
Low field : كمتر از ۱mG
Medium field : ما بين ۱mG و ۱۰G
High field : بالاتر از ۱۰G

جابجايي ( Displacement ) به معني تغيير موقعيت است. سنسورهاي جابحايي به دو نوع افزايشي ( Incremental ) و مطلق ( Absolute ) تقسيم مي شوند. سنسور هاي افزايشي ميزان تغيير بين موقعيت فعلي و قبلي را مشخص مي كنند. چنانچه اطلاعات مربوط به موقعيت فعلي از دست برود، مثلا منبع تغذيه دستگاه قطع بشود، سيستم بايد به مبدا خود منتقل شود.( reset شود.) در نوع مطلق موقعيت فعلي بدون نياز به اطلاعات مربوط به موقعيت قبلي بدست مي آيد. نوع مطلق نيازي به انتقال به مرجع خود را ندارد. معمولا سنسورهاي جابجايي مطلق را سنسورهاي موقعيت ( Position sensor ) مي نامند.

در اين پروژه سعي شده است تا سنسورهاي جابجايي ، موقعيت و مجاورتي ( Displacement , Position , Proximity ) ‌پوشش داده شود.
بطور كلي زماني كه بخواهيم كميت هاي فيزيكي مانند جهت ، حضور يا عدم حضور ، جريان ، چرخش و زاويه را اندازه گيري كنيم و از سنسورهاي مغناطيسي استفاده كنيم ، ابتدا بايستي تا اين كميت ها يك ميدان مغناطيسي را بوجود آورند و يا تغييري در ميدان مغناطيسي يا در خصوصيات مغناطيسي سنسور ايجاد نمايند و در نهايت سنسور اين تغيير را احساس نموده و آنرا با يك مدار بهسازي به جريان يا ولتاژ مناسب تغيير دهيم.

در ادامه اصطلاحاتي جهت يادآوري بيان مي شود:
شدت ميدان مغناطيسي (Magnetic field intensity) : آنرا با H نمايش مي دهند و نيرويي است كه شار مغناطيسي را در ماده به حركت در مي آورد. به همين علت بدان نيروي مغناطيس كنندگي (Magnetizing force) نيز مي گويند. واحد آن آمپر بر متر مي باشد.

چگالي شار مغناطيسي (Magnetic flux density) : آنرا با B نمايش مي دهند. ميزان شار مغناطيسي است كه در واحد سطح ماده توسط نيروي مغناطيس كنندگي بوجود آمده است. واحد آن نيوتن بر آمپر بر مترمربع مي باشد.
نفوذپذيري مغناطيسي (Magnetic permeability) : آنرا با نمايش مي دهند. توانايي و قابليت ماده جهت نگهداشتن و عبور شار مغناطيسي است. در فضاي آزاد
رابطه

بر قرار است كه نفوذ پذيري مغناطيسي فضاي آزاد است و برابر مي باشد. درساير مواد رابطه به شكل خواهد بود كه و نفوذ پذيري مغناطيسي نسبي ماده مي باشد.
هيسترزيس ( Hysteresis ) : پديده اي است كه در آن حالت سيستم وارون پذير نمي باشد. در يك سنسور جابجايي يا موقعيت اين پديده باعث مي شود تا مقدار خوانده شده در يك نقطه توسط سنسور هنگام رسيدن بدان از بالا و پايين تفاوت بكند. شكل زير اين پديده را نشان مي دهد.

هيسترزيس مغناطيسي (Magnetic hystresis) : زماني كه يك ماده فرومغناطيسي در يك ميدان مغناطيسي متغير قرار مي گيرد به سبب عقب افتادگي چگالي شار (B) از نيروي مغناطيس كنندگي (H) ، اين پديده رخ مي دهد.

اشباع مغناطيسي (Magnetic saturation) : حد بالاي توانايي يك ماده جهت عبور شار مغناطيسي از خود است.

سنسورهاي اثرهال (Hall Effect Sensors)
مقدمه
يك عنصر هال از لايه نازكي ماده هادي با اتصالات خروجي عمود بر مسير شارش جريان ساخته شده است وقتي اين عنصر تحت يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد، ولتاژ خروجي متناسب با قدرت ميدان مغناطيسي توليد مي كند. اين ولتاژ بسيار كوچك و در حدود ميكرو ولت است. بنابراين استفاده از مدارات بهسازي ضروري است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است ولي مي تواند به عنوان جزء اصلي در بسياري از انواع حسگرهاي جريان، دما، فشار و موقعيت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال ميداني را كه كميت فيزيكي توليد مي كند و يا تغيير مي دهد حس مي كند.

ويژگيهاي عمومي
ويژگيهاي عمومي سنسورهاي اثرهال به قرار زير مي باشند:
۱ – حالت جامد ؛ ۲ – عمر طولاني ؛ ۳ – عمل با سرعت بالا-پاسخ فركانسي بالاي ۱۰۰KHZ ؛ ۴ – عمل با ورودي ثابت (Zero Speed Sensor) ؛ ۵ – اجزاي غير متحرك ؛ ۶-ورودي و خروجي سازگار با سطح منطقيLogic Compatible input and output ؛ ۷ – بازه دمايي گسترده (-۴۰C ~ +150C) ؛ ۸ – عملكرد تكرار پذيرعالي Highly Repeatable Operation ؛ ۹ – يك عيب بزرگ اين است كه در اين سيستمها پوشش مغناطيسي مناسب بايد در نظرگرفته شود، چون وجود ميدان هاي مغناطيسي ديگر باعث
مي شود تا خطاي زيادي در سيستم اتفاق افتد.

تاريخچه
اثرهال توسط دكتر ادوين هال (Edvin Hall) درسال ۱۸۷۹ در حالي كشف شد كه او دانشجوي دكتراي دانشگاه Johns Hopkins در بالتيمر(Baltimore) انگليس بود.
هال درحال تحقيق بر تئوري جريان الكترون كلوين بود كه دريافت زماني كه ميدان يك آهنربا عمود بر سطح مستطيل نازكي از جنس طلا قرار گيرد كه جرياني از آن عبور مي كند، اختلاف پتانسيل الكتريكي در لبه هاي مخالف آن پديد مي آيد.

او دريافت كه اين ولتاژ متناسب با جريان عبوري از مدار و چگالي شار مغناطيسي عمود بر مدار است. اگر چه آزمايش هال موفقيت آميز و صحيح بود ولي تا حدود ۷۰ سال پيش از كشف آن كاربردي خارج از قلمرو فيزيك تئوري براي آن بدست نيامد.

با ورود مواد نيمه هادي در دهه ۱۹۵۰ اثرهال اولين كاربرد عملي خود را بدست آورد. درسال ۱۹۶۵ Joe Maupin ,Everett Vorthman براي توليد يك سنسور حالت جامد كاربردي وكم هزينه از ميان ايده هاي متفاوت اثرهال را انتخاب نمودند. علت اين انتخاب جا دادن تمام اين سنسور بر روي يك تراشه سيليكن با هزينه كم و ابعاد كوچك بوده است اين كشف مهم ورود اثر هال به دنياي عملي و پروكاربرد خود درجهان بود.

 

تئوري اثرهال
اگر يك ماده هادي يا نيمه هادي كه حامل جريان الكتريكي است در يك ميدان مغناطيسي به شدت B كه عمود برجهت جريان عبوري به مقدار I مي باشد قرار گيرد، ولتاژي به مقدار V در عرض هادي توليد مي شود.

اين خاصيت در مواد نيمه هادي داراي مقدار بيشتري نسبت به مواد ديگر است و از اين خاصيت در قطعات اثرهال تجارتي استفاده ميشود. ولتاژها به اين علت پديد مي آيد كه ميدان مغناطيسي باعث مي شود تا نيروي لرنتز برجريان عمل كند و توزيع آنرا برهم بزند[F=q(V´B)]. نهايتا حاملهاي جريان مسير منحني را مطابق شكل بپيمايند
حاملهاي جريان اضافي روي يك لبه قطعه ظاهر مي شوند، ضمن اينكه در لبه مخالف كمبود حامل اتفاق مي افتد. اين عدم تعادل بار باعث ايجاد ولتاژ هال مي شود، كه تا زماني كه ميدان مغناطيسي حضور داشته و جريان برقرار است باقي مي ماند

براي يك قطعه نيمه هادي يا هادي مستطيل شكل با ضخامت t ولتاژهايV توسط رابطه زير بدست مي آيد:
،
KH ضريب هال براي ماده مورد نظر است كه بستگي به موبيليته بار و مقاومت هادي دارد.
آنتيمونيد ايريديم تركيبي است كه در ساخت عنصر اثرهال استفاده مي شود.

ولتاژهال در رنج در سيليكن بوجود مي آيد و تقويت كننده براي آن حتمي است. سيليكن اثر پيز و مقاومتي دارد و بنابراين براثر فشار مقاومت آن تغيير مي كند. در يك سنسور اثر هال بايد اين خصوصيت را به حداقل رساند تا دقت و صحت اندازه گيري افزوده شود. اين عمل با قرار دادن عنصر هال بريك IC براي به حداقل رساندن اثر فشار و با استفاده از چند عنصر هال انجام ميشود. بطوري كه بر هر يك از دو بازوي مجاور مدار پل يك عنصر هال قرار گيرد، در يكي جريان بر ميدان مغاطيسي عمود است و ولتاژ هال ايجاد مي شود و در ديگري جريان موازي با ميدان مغناطيسي مي باشد و ولتاژ هال ايجاد نمي‌شود. استفاده از ۴ عنصر هال نيز مرسوم مي باشد

اساس سنسورهاي اثرهال
عنصرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است. باتوجه به ويژگيهاي ولتاژ خروجي اين سنسور نياز منديك طبقه تقويت كننده و نيز جبران ساز حرارتي است. چنانچه از منبع تغذيه با ريپل فراوان استفاده كنيم وجود يك رگولاتور ولتاژ حتمي است.
رگولاتور ولتاژ باعث مي شود تا جريان I ثابت باشد بنابراين ولتاژ هال تنها تابعي از شدت ميدان مغناطيسي مي باشد.
اگر ميدان مغناطيسي وجود نداشته باشد ولتاژي توليد نمي شود. با وجود اين اگر ولتاژ هر ترمينال اندازه گيري شود مقداري غير ا ز صفر به ما خواهد داد. اين ولتاژ كه براي تمام ترمينال ها يكسان است با (CMV) Common Mode Voltage شناخته مي‌شود. بنابراين تقويت كننده بكار گرفته شده مي بايست يك تقويت كننده تفاضلي باشد تا تنها اختلاف پتانسيل را تقويت كند.

مطالبي اضافه در مورد مدارات بهسازي سنسورهاي اثر هال
Applying Linear Output Hall Effect Transducers 715k
Current Sink and Outsource Interface for Solid State Sensors 367k
Interfacing Digital Hall Effect Sensors 114k
Interfacing the SS9 LOHET with Comparators and OP Amps 387k

سنسورهاي هال ديجيتال
در اين سنسورها وقتي بزرگي ميدان مغناطيسي به اندازه مطلوبي رسيد سنسور ON مي شود و پس از اينكه بزرگي ميدان از حد معيني كاهش يافت سنسور خاموش مي شود. لذا در اين سنسورها خروجي تقويت كننده تفاضلي را به مدار اشميت تريگر مي دهند تا اين عمل را انجام دهد، براي جلوگيري از پرش هاي متوالي از تابع هسترزيس زير استفاده مي كنند.

سنسورهاي آنالوگ
سنسورهاي آنالوگ ولتاژ خروجي خود را متناسب با اندازه ميدان مغناطيسي عمود بر سطح خود، تنظيم مي كنند. با توجه به كميت هاي اندازه گيري اين ولتاژ مي تواند مثبت يا منفي باشد. براي اينكه سنسورهاي ولتاژ خروجي منفي توليد نكند و همواره خروجي تقويت كننده تفاضلي را با يك ولتاژ مثبت را پاس مي كنند.

در شكل بالا توجه داريم كه يك نقطه صفر وجود دارد كه در آن ولتاژي توليد نمي شود . از ويژگيهاي اثرهال نداشتن حالت اشباع است و نواحي اشباع در شكل مربوط به آپ امپ در سنسور اثر هال مي باشد . معمولا خروجي تقويت كننده تفاضلي را به ترانزيستور پوش-پول مي د هند.

سنسور آنالوگ اثر هال
سيستم هاي مغناطيسي
سنسور اثر هال درحقيقت بدين ترتيب عمل ميكند كه توسط يك سيستم مغناطيسي كميت فيزيكي به ميدان مغناطيسي تبديل مي شود. حال اين ميدان مغناطيسي توسط سنسور اثر هال حس مي شود. بسياري از كميت هاي فيزيكي با حركت يك آهنربا اندازه گيري مي شوند.
مثلاً دما و فشار را مي توان بوسيله انقباض و انبساط يك Bellows كه به آهنربا متصل است اندازه گيري نمود.

روش هاي مختلفي جهت ايجاد ميدان مغناطيسي وجود دارد.
Unipolar head-on mode *
در اين حالت آهنربا نسبت به نقطه مرجع سنسور حركت مي كند.

همانطور كه در شكل بالا ديده مي شود منحني تغييرات فاصله وميدان مغناطيسي در اين شكل آمده است (منحني بدست آمده غير خطي است) و دقت درحد متوسط است. مثلاً اگر يك سنسور اثرهال ديجيتالي را در نظر بگيريم در اين حالت در فاصله أي كه G1 حاصل مي شود سوئيچ عمل مي كند و On ميشود و وقتي كه فاصله به حدي رسيد كه G1 حاصل شود سوئيچ OFF ميكند.
* Unipolar slide-by mode
در اين حالت آهنربا در يك مسير افقي نسبت به سنسور تغيير مكان مي كند.

منحني تغييرات مكان نسبت به ميدان مغناطيسي بازهم غير خطي است- دقت اين روش كم است و لي حالت تقارني كاملاً ديده مي شود. مثلاً سنسور اثرهال ديجيتالي را در نظر بگيريد كه در اثر ميدان G1 روشن شده و در ميدان G2 خاموش مي شود وقتي آهنربا از سمت راست حركت مي كند و به موقعيت +D1 مي رسد آنگاه سنسور عمل ميكند. اين حركت ادامه مي تواند داشته باشد تا به موقعيت –D2 برسد، در اين هنگام سنسور آزاد مي شود و به همين ترتيب.
* Bipolar Slide –By made
در اين حالت از ۲ آهنربا كه قطب S,N هر كدام بصورت ناهمنام در مجاورت هم قرار گرفته است استفاده مي كنيم.

دقت در اين روش درحد متوسط است- حالت تقارن وجود ندارد ولي مي توان در بخش هايي، از خاصيت خطي منحني استفاده نمود. اگر همان سنسور ديجيتالي قبلي را در نظر بگيريم در حركت از راست به چپ وقتي كه فاصله به D2 مي رسد آنگاه سنسور عمل مي كند و تا به مرحله D4 پيش مي رود. بنابراين در يك حركت پيوسته از راست به چپ سنسور در بخش شيب تند عمل مي كند و در بخش شيب كند رها ميكند. جهت حذف شيب تند در بخش مبدأ از يك تكنيك ديگر استفاده مي شود. بدين ترتيب كه در ميان ايندو آهنربا فاصله معيني قرار مي دهند.

اين عمل بطور چشمگيري دقت را افزايش مي دهد.
حالت ديگري نيز به كار مي‌رود كه در آن منحني حاصل بصورت يك تابع پالس است. در اين روش در ميان دو آهنربا، آهنرباي ديگري قرار مي دهند كه پهناي پالس متناسب با پهناي اين آهنربا مي باشد.

Bipolar Slide –By mode (ring magnet)
در اين حالت از يك آهنرباي حلقه استفاده مي شود آهنرباي حلقه اي يك قطعه آهنرباي ديسك مانند است كه قطب هاي آن در پيرامون آن قرار دارند. در شكل زير آهنرباي حلقه اي با دو جفت قطب نمايش داده مي شود. به منحني حاصل شيبه به يك منحني سينوسي است. هرچه تعداد قطبهاي آهنرباي حلقه اي بيشتر باشد مقدار پيك حاصل در اندازه ميدان كمتر خواهد بود. تعداد پالس هاي حاصل در اين روش برابر با جفت قطبهاي آهنربا مي باشد. محدوديت در ساخت آهنرباي حلقه اي با جفت قطبهاي زياد، محدوديت اين روش محسوب مي شود.

مقايسه اي از اين سيستمها در زير آمده است :

منظور از All حركتهاي چرخشي، پيوسته و رفت و برگشتي است.
هم اكنون به تشريح برخي از كاربرد هاي سنسورهاي اثرهال مي پردازيم .
سنسورهاي موقعيت تشخيص پره ( Vane Operated Position Sensor)
اين سنسورها گاهاً تحت عنوان سنسورهاي پره شناخته مي شوند و شامل يك آهنربا و يك سنسور اثرهال با خروجي ديجيتالي مي باشند. شكل زير اين دو بخش را در يك بسته نشان ميدهد.

اين سنسور داراي يك فاصله هوايي ميان آهنربا و سنسور اثرهال مي باشد و توانايي موقعيت سنجي خطي و نيز موقعيت سنجي زاوايه اي را نيز دارد.
پره دايروي
سنسور موقعيت پيستون (Piston detection sensors)
در شكل مقابل روشي جهت موقعيت سنجي پيستون در يك سيلندر غير آهني داده شده است. درحالت نخست آهنربا هايي را در درون پيستون به گونه اي قرار مي دهند تا توسط چند سنسور اثرهال با خروجي خطي دريافت شوند.

در حالت دوم از يك پيستون آهني و آهنربا و سنسور اثرهال استفاده مي شود. در اين حالت نياز است تا مشخصات سيستم مغناطيسي بطور مطلوبي در دسترس باشد.

برقراري هاي استفاده از اثرهال در اين موقعيت سنجي به شرح زير مي باشد:
۱- ابعاد كوچك سنسورها ۲ – عدم نياز به منبع قدرت خارجي براي آهنرباها۳ – رنج دمايي بزرگ از ۴۰c تا ۱۵۰c
4 – توانايي عمل در محيط كثيف و آلوده
برخي از نمونه ها
در اين بخش برخي از سنسورهاي شركت Honeywell به همراه اطلاعات كلي آنها آمده است.
SS552MT Series Surface Mount Sensor 230k
SS49E/SS59ET Series Economical Linear Position Sensor 260k
RPN Series Hall-Effect Rotary Position Sensor 112k
GTN Series Hall-Effect Gear-Tooth Sensor 103k

SS 520 Series Dual Hall-effect Digital Position Sensor with speed and direction outputs 72k
SR 13/15 Series Hall Effect Sensor 247k
SS490 Series Miniature Ratiometric Linear Hall Effect Sensor 148k
103SR Series Analog Position Sensors 154k
103SR Series Digital Position Sensors 131k
2SSP Series Digital Position Sensors 124k
Analog Solid State Position Sensors 62k

Digital Solid State Position Sensors 73k
GT1 Series Hall Effect Gear Tooth Sensors 213k
SR3 Series Digital Position Sensors 126k
SS10 Series Digital Position Sensors 117k
SS40 Series Digital Position Sensors 97k
SS100 Series Digital Position Sensors 209k
SS400 Series Digital Position Sensors 238k

SS49/SS19 Series Analog Position Sensors 140k
SS94A Series Analog Position Sensors 126k
SS94B1 Series Analog Position Sensors 139k
SS490 Series Miniature Ratiometric Linear Sensors 551k
VX Series Solid State Basic Switches 222k
سنسورهاي مگنتواستريكتيو ( Magnetostrictive sensors)

معـــــــرفي
تكنولوژي سنسورهاي مگنتواستريكتيو از حدود سال ۱۹۷۰ ميلادي توسط شركت MTS TEMPOSONIC بدست آمده است. هم اكنون نيز تقريبا بخش عمده سنسورهاي توليدي با اين تكنولوژي را اين شركت تهيه مي كند.
سنسورهاي مگنتو استريكتيو غير تماسي و مطلق هستند. غير تماسي بودن آ‌نها باعث عمر طولاني و عدم فرسودگي زود هنگام آنها مي شود. وقتي يك سنسور تماسي مانند پتانسيومتر را بررسي كنيم متوجه مي شويم كه با حركت لغزنده بر عنصر مقاومتي، لغزش هاي كوچكي رخ ميدهد كه عامل ايجاد نويز، هيسترزيس و عمر محدود آن مي باشد. بنابراين با گذشت زمان و فرسوده شدن پتانسيومتر نسبت سيگنال به نويز كاهش مي يابد و نيز مي تواند نقاط مرده اي بر عنصر مقاومتي توليد شود، كه تعويض عنصر سنسور را قطعي مي كند.

سنسورهاي مگنتواستريكتيو در دو مسير متفاوت رشد كرده اند يكي بسوي سنسورهاي هوشمند توانا در اندازه هاي كوچكي دومي بسوي سنسورهاي ارزان قيمت طراحي شده جهت كاربردهاي ويژه در صنايع.
تئـــــــــوري
Magnetostriction يك خاصيت مواد فرو مغناطيسي مانند آهن، نيكل و كبالت مي باشد. وقتي اين مواد در يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند تغيير شكل و يا تغيير اندازه مي دهند.
مواد مغناطيسي داراي مجموعه هايي با نام Domain مي باشند كه به تنهايي همانند يك آهنرباي دائمي عمل مي كنند و شامل تعداد زيادي اتم مي باشند.

وقتي يك ماده فرو مغناطيسي، در ميدان مغناطيسي قرار نگرفته باشد و به اصطلاح آهنربا نشده باشد، اين حفره ها بطور دلخواه قرار گرفته اند. ولي در اثر حضور ميدان مغناطيسي، حوزه ها منظم گشته و در يك جهت قرار مي گيرند. بدين ترتيب خاصيت مغناطيسي حوزه ها تقويت شده و ماده از خود خواص مغناطيسي نشان ميدهد. اين ويژگي با خواص آلياژ، شدت ميدان مغناطيسي و شرايط گرم و سرد كردن در حين قالب گيري و ذوب كردن متناسب مي باشد.
وقتي اسپين هاي الكترون بر اثر ميدان مغناطيسي تغيير جهت دهند، برهم كنش بين اسپين الكترون و اوربيت منجر مي شود تا انرژي الكترون تغيير كند. در نهايت ماده كش مي آيد تا الكترون ها در آخرين سطح انرژي به سطح انرژي كمتري رسيده و درحالت آرامش قرار گيرند.(پايداري)

مواد مي توانند داراي خاصيت هاي باشند. وقتي داراي خاصيت PM باشند براثر اعمال مغناطيسي اندازه آنها بزرگتر مي شود. خاصيت NM باعث كوچكتر شدن ماده در حضور ميدان مغناطيسي مي شود. مگنتو استريكتيو در عناصر پايه و آلياژهاي ساده تغيير اندازه هاي كوچكي را باعث مي شود.
• Positive Magnetostriction (PM)

• Negetive Magnetostriction (NM)
عكس اثر مگنتواستريكتيو، اثر ويلاري مي باشد.(Villary Effect) يعني با اعمال فشار بريك ماده مگنتواستريكتيو خصوصيات مغناطيسي آن مانند نفوذپذيري مغناطيسي آن تغيير مي كند.
وقتي يك ميدان مغناطيسي محوري بر يك سيم مگنتو استريكتيو كه جرياني از آن مي گذرد اعمال مي شود، در ميدان مغناطيسي اعوجاجي براثر برهم كنش ميدان مغناطيسي (مثلاً حاصل از يك آهنرباي دايمي) و ميدان مغناطيسي حاصل از عبور جريان الكتريكي بوجود مي آيد. جريان اعمالي را يك پالس با پهناي پالس كوچك( ۱ تا ۲ ميكروثانيه) در نظر بگيريم.
در اين حالت اثر پوستي كاملاً تاثير گذار خواهد بود و باعث مي گردد تا حداقل چگالي جريان از مركز سيم عبور كند و حداكثر چگالي جريان از سطح سيم بگذرد. بنابراين شدت ميدان مغناطيسي در سطح سيم بزرگتر است اين امر اعوجاج سيم را افزايش مي دهد. بنابراين اين اعوجاج مكانيكي تبديل به يك موج اولتراسونيك مي شود و در طول سيم حركت مي كند. اين موج با سرعت ۳۴۰ متر بر ثانيه در سيم حركت مي كند.

به اين پديده اثر وايدمن( Weidemann Effect ) مي گويند .
بنابراين عبور جريان پالسي با عرض پالس كوچك از يك سيم مگنتو استريكتيو در حضور يك ميدان مغناطيسي خارجي باعث اعوجاجي در ميدان مغناطيسي آهنربا شده و اين اعوجاج بوسيله امواج اولتراسونيك تغيير شكل سيم را سبب مي شود.
نحوه عملكرد موقعيت سنج
اين موقعيت سنج داراي يك آهنربا است كه به قسمت متحرك دستگاه وصل مي شود. سيمي نيز كه بوسيله پوششي محافظت مي شود به بخش ثابت دستگاه متصل است.

موقعيت سنج بدين ترتيب عمل مي كند كه با جاري شدن پالس جريان در سيم، شمارنده اي شروع به شمارش مي كند. پالس جريان در محلي كه آهنرباي متصل به جسم قرار دارد يك موج اولتراسونيك توليد مي كند. (اثرو ايدمن) اين موج در طول سيم عبور مي كند تا بوسيله يك محرك (pick-up) دريافت شود و در اين هنگام به سبب ولتاژ توليد شده در بخش محرك (pick-up) تايمر متوقف مي شود. زمان سپري شده توسط تايمر نشاندهنده موقعيت آهنربا مي باشد. از آنجاييكه موج صوتي در جهت مخالف نيز مي تواند حركت كند، براي جلوگيري از برگشت موج از يك دامپر(Damper) استفاده مي كنيم تا انرژي آنرا جذب كند.