Матрица измерителей поля, Неспешно обсудим? Опции

[zzzzzzzz]

Задумался в качестве темы для собственной "релаксации".
Мысль простая - разработать чип размером с пластину диаметром 100мм, представляющий из себя матрицу из одинаковых ячеек. Каждая ячейка содержит плоскую интегральную катушку, выпрямитель без падения напряжения с емкостью, моп-буфер+коммутатор на шину считывания (почти как CCD).
По периметру - сдвиговые регистры выбора строк и столбцов и аналоговые коммутаторы для считывания потенциалов из ячеек (вернее, токов, для уменьшения наводок и ускорения считывания). Матрица - полный "автомат" с несколькими входами управления и возможностью каскадирования дополнительных матриц до любого приемлемого размера общей матрицы.
Размер ячейки, думаю, следует делать соизмеримым с пикселом монитора, то есть около 250мкм на 250 мкм, 16 ячеек на мм. кв.
Цель - визуализация проходящего от внешнего источника переменного эм поля.
Банальное приложение - визуализатор металлических предметов. Но, не только. Например, дефектоскопия и анализ неоднородностей.
Изделие получится явно не дешевое, поэтому явно не для "игрушек".
"Усиление" информативности прибора может быть достигнуто использованием "пирога" из таких матриц с последующей мощной мат. обработкой.

Хотелось бы, прежде чем "окунаться", обсудить:
1. Целесообразность и необходимость такого прибора.
2. Области применения.
3. Возможные свежие идеи для решения. В том числе, по обработке и конструкции.
4. Возможно, орг. вопросы (вдруг кто-то давно мечтает о таком?
5. Ну и вообще...

Еще раз подчеркну, что это я задумал как инициативное "хобби". То есть, ни заказчиков, ни потребителей пока не знаю. Поэтому есть полная свобода действий.
Опыт разработки больших интегральных CCD-матриц, например, есть.

[Designer56]

А почему не сделать матрицу ДХ?

[zzzzzzzz]

А почему не сделать матрицу ДХ?

А что это такое? Датчик Холла? А в чем прелесть, пока не понял? Да и они на постоянное магнитное поле ориентированы.

[Designer56]

датчики Холла

[vvs157]

Проблема в том, что магнитное поле вне катушки или пост.магнита спадает как 1/R^3, а то и быстрее. Сделовательно получить пространственное разрешение на рассоянии заметно большем размера предмета не получится. Вторая проблема - индуктивная связь катушек, что приведет к ухудшению либо разрешения либо чувствительности

[gab]

и

4. Возможно, орг. вопросы (вдруг кто-то давно мечтает о таком?
5. Ну и вообще...

Мы тут сунулись в оценку разработки... 3мкм на "Пульсаре" стоят около 10 тыс. зелёных енотов. И то по знакомству .
Ну а насчёт мечтать... У нашего шефа есть задел в области суб-ИК видинии. Без внешней подсветки.

[zzzzzzzz]

Проблема в том, что магнитное поле вне катушки или пост.магнита спадает как 1/R^3, а то и быстрее. Сделовательно получить пространственное разрешение на рассоянии заметно большем размера предмета не получится.

Момент спорный. Я пока не вижу фундаментальных препятствий.
Представим себе для образности "пучок" силовых линий, пронизывающих матрицу.
При наличии под ней металлического предмета или неоднородности, распределение этого пучка по матрице будет воспроизводить этот предмет. Не будет "фокуса", это да. Но, если добавить вторую матрицу (под первой), то мы сможем получить направление каждой линии на "фокус". Это вычисляется.
Затухание магнитного поля не существенный фактор - никто не собирается смотреть, как в бинокль. Полметра - было бы просто фантастиш. А энергетика излучающей катушки для этого относительно скромная.

Вторая проблема - индуктивная связь катушек, что приведет к ухудшению либо разрешения либо чувствительности

Индуктивная связь мала - они в одной плоскости. Но, та, что есть, подлежит простой калибровке.
Резонанс такой катушки лежит в районе сотен МГц. А работать предполагается на низких, звуковых частотах. Причем, снятие картинки проводить при нескольких, например, 4 частотах. Это своеобразное облегчение для последующего Фурье. И несет дополнительную инфо о материале.

и
Мы тут сунулись в оценку разработки... 3мкм на "Пульсаре" стоят около 10 тыс. зелёных енотов. И то по знакомству .
Ну а насчёт мечтать... У нашего шефа есть задел в области суб-ИК видинии. Без внешней подсветки.

Я и есть сам себе "знакомство". Не стоит обсуждать даже - разработаю сам. Когда все устаканится, - 1 неделя на схемотехнику + 1 неделя на топологию. После этого можно испекать. Сумма изготовления для меня весьма скромная, зарплаты хватит.

ИК-видение разрабатывается довольно плотно. А такая вещь мне никогда не встречалась. Может, никому и не нужно, конечно. Вот я и хочу это выяснить.
Если у Вас проблемы с разработкой - так пишите, обсудим.
10 тыс. - стоимость дешевого автомобиля. И сравнительно простой разработки (при полном цикле документации и испытаний). Обычно в разы больше. Не говоря уже про сложные ИС. Что именно Вас испугало?

[Designer56]

ИК-видение разрабатывается довольно плотно. А такая вещь мне никогда не встречалась. Может, никому и не нужно, конечно. Вот я и хочу это выяснить.
Если у Вас проблемы с разработкой - так пишите, обсудим.
10 тыс. - стоимость дешевого автомобиля. И сравнительно простой разработки (при полном цикле документации и испытаний). Обычно в разы больше. Не говоря уже про сложные ИС. Что именно Вас испугало?

У меня была подобная задача- нужно было определять положение железки в механизме бесконтактно, по напряженности прикрепленного к железяке магнита в условиях сильных Э/М помех. Если развить метод- может, что-то получится. Но я все- таки хочу переспросить- почему бы не сделать на пластине датчики Холла?

[zzzzzzzz]

Но я все- таки хочу переспросить- почему бы не сделать на пластине датчики Холла?

Для чего? Смотреть постоянное магнитное поле? Никогда не приходилось их мне делать. Понятия не имею о конструктиве. С удовольствием почитаю о преимуществах в этом контексте.

[Mig&L]

Для чего? Смотреть постоянное магнитное поле? Никогда не приходилось их мне делать. Понятия не имею о конструктиве. С удовольствием почитаю о преимуществах в этом контексте.

труба с дефектом(ми) движется в магнитном поле, линейка дискретных ДХ огибает трубу, сигнал оцифровывается - по результатам измерений обнаруживается дефект,
интегральная линейка ДХ пригодилась -бы в дефектоскопии
(А можно былобы посмотреть на Ваш CCD ?)

[zzzzzzzz]

труба с дефектом(ми) движется в магнитном поле, линейка дискретных ДХ огибает трубу, сигнал оцифровывается - по результатам измерений обнаруживается дефект,
интегральная линейка ДХ пригодилась -бы в дефектоскопии

Это, наверное, интересно. И я слышал, что такое уже делали. Только, не очень соблазняет такое приложение. Хочется по-больше "фантастики". А делать за свой счет приборчики для Газпрома чего-то не тянет совсем.
ДХ поизучаю как делаются. Как вариант.

(А можно былобы посмотреть на Ваш CCD ?)

Где-то валяются опытные экземпляры. Но, даже искать лень - работа была специфическая, для рентгенографии в стоматологии (матрицы фирмы "Шик", наверное, видели, - нечто такое планировалось выпускать серийно. Но на прямом эффекте, без флюоресцентной прокладки). Закрыта из-за прекращения финансирования, давно. Хотя картинки-рентгенограммы уже получали. Время было такое, - бац, и все, заказчик ушел в туман. Стенды уже точно раскурочили на комплектацию. Так что, сорри, маловероятно. Топология есть, схема. Сейчас бы все это делалось круче - возможностей прибавилось на порядок.

[vvs157]

Представим себе для образности "пучок" силовых линий, пронизывающих матрицу

Силовые линии вне источника всегда расходящиеся (диполь как минимум). Достаньте где-нибудь пленку для визуализации постоянного магнитного поля (зеленая такая, если не видели) и посмотрите, как быстро размывается картинка при удалении пленки от магнита.

[zzzzzzzz]

Силовые линии вне источника всегда расходящиеся (диполь как минимум). Достаньте где-нибудь пленку для визуализации постоянного магнитного поля (зеленая такая, если не видели) и посмотрите, как быстро размывается картинка при удалении пленки от магнита.

Да я вроде бы неплохо представляю себе 3D распространения поля визуально. И что с того, что силовые линии расходятся? А кое-куда даже сходятся!
Пленку такую не видел, честно скажу. Но, размытие картинки на ней ни о чем "плохом" мне не говорит. Пример - по маленькому фрагменту голограммы восстанавливается вся волновая картина. Еще пример - заклееный наполовину объектив позволяет получить всю картинку. Это я к тому, что изображение можно восстанавливать с необходимой точностью даже в условиях его частичной деградации.
Хорошо, коль мы говорим на интуитивном уровне - как по-Вашему, на какое расстояние от матрицы можно претендовать реально?
ПС. Внутри катушки, кстати, силовые линии почти параллельны всегда. Расстоянием от "сопла" можно выбирать угол начального расхождения силовых линий.
Минимальный регистрируемый объект на фиксированном расстоянии легко посчитать из размеров ячейки. И можно выбирать режим увеличения размера матрицей или уменьшения путем переключения нескольких силовых катушек, находящихся на разном расстоянии от матрицы. Или, вообще, плавно.

[Designer56]

Только что пришло в голову: если катушку ненагружать, то взамное влияние сводится к минимуму. Другое дело, что ограничение по числу витков приводят к очень маленькой ЭДС.

[zzzzzzzz]

Только что пришло в голову: если катушку ненагружать, то взамное влияние сводится к минимуму. Другое дело, что ограничение по числу витков приводят к очень маленькой ЭДС.

Совсем не нагружать не получится - есть паразитная емкость на подложку + емкость затвора буфера + сток закрытого транзистора защиты. По 3мкм технологии это суммарно около 0.2пФ. По постоянке нагрузка практически отсутствует (только утечки порядка фА. Материал проводника - Ал. Витков примерно 9. ЭДС небольшая, это да. Порядок - (1-10) мВ. Да еще будут коммутационные шумы. Пока не оценивал, интуитивно - нормально будет. С этим можно жить.

[Designer56]

Это при какой напряженности поля получается 10 мВ? Что-то не соображу сразу.

[zzzzzzzz]

Это при какой напряженности поля получается 10 мВ? Что-то не соображу сразу.

Да всего что-то 40В на метр.

[gab]

ИК-видение разрабатывается довольно плотно. А такая вещь мне никогда не встречалась. Может, никому и не нужно, конечно. Вот я и хочу это выяснить.
Если у Вас проблемы с разработкой - так пишите, обсудим.
10 тыс. - стоимость дешевого автомобиля. И сравнительно простой разработки (при полном цикле документации и испытаний). Обычно в разы больше. Не говоря уже про сложные ИС. Что именно Вас испугало?

Не то что бы испугало... Просто делать матрицу 32х32 - глупо. а 256х256 - невозможно.
Сейчас пока просто экспериментируем с дискретными PbSe-фотодиодами.

[Designer56]

Да всего что-то 40В на метр.

А/метр, я думаю. Не очень много, промпомехи нормируются в 400 А/м.

[zzzzzzzz]

А/метр, я думаю. Не очень много, промпомехи нормируются в 400 А/м.

Да. Но, это пока очень грубо. Реально без проблем получать в 100 раз больше - я пока вообще не задаюсь такими расчетами. Хочется ощутить нужность - ненужность такой штуки. Физически она реализуема без особых проблем (проблемы начнутся после АЦП, в мат. обработке реального времени). Это сложная, но довольно интересная задача. От внешних помех матрица экранируется люминем или медью. А может, сразу на обратную сторону пластины пыльнуть и контакт приварить. Рано с сигнал\шум бороться. Может, и не придется совсем.

Не то что бы испугало... Просто делать матрицу 32х32 - глупо. а 256х256 - невозможно.

??? Это почему невозможно? Я тут как раз о такой матрице и пишу.

Сейчас пока просто экспериментируем с дискретными PbSe-фотодиодами.

А зачем? Хотите что-то свое сказать в ИК-видении?

[proxi]

Для чего? Смотреть постоянное магнитное поле? Никогда не приходилось их мне делать. Понятия не имею о конструктиве. С удовольствием почитаю о преимуществах в этом контексте.

эффект Холла базовый в ПП по нему много параметров определяют...

[gab]

А зачем? Хотите что-то свое сказать в ИК-видении?

Да . Эти диоды могут улавливать излучение почти от самого начала ИК жиапазона.

[vvs157]

Пример - по маленькому фрагменту голограммы восстанавливается вся волновая картина.

Свет может распространяться с незначительных расхожнением вне источника, магнитное поле вне источника нет. Свет можно сфокуситовать вне источника, магнитное поле вне источника - нет. Второй момент, что очень многие магнитные неоднородности образуют систему с замкнутыми магнитными силовыми линиями, в этом случае затухание поля весьма быстое. Как пример - запись на магнитной поверхности флоппи диска. На расстоянии немногим больше размера 1 бита поле практически равно нулю. То есть никаким магнитовизором на расстоянии более нескольких десятых мм уже ничего не будет видно.

Хорошо, коль мы говорим на интуитивном уровне - как по-Вашему, на какое расстояние от матрицы можно претендовать реально?

Все очень сильно зависит от магнитной структуры. Как пример - П-образный магнит. Когда нет замыкателя поле от него регистрируется десятке сантиметров. Замечу, что для восстановления полной картины поля надо снимать 3-х мерную карту поля. Но если ести замыкатель - поля практически нет.
В приципе вашу идею можно применить для пространственного обнаружения скрытой проводки или ферромагнитной арматуры. Хотя что-то слегка похоже по-моему делает Hilti

[Okorok]

Совсем не нагружать не получится - есть паразитная емкость на подложку + емкость затвора буфера + сток закрытого транзистора защиты. По 3мкм технологии это суммарно около 0.2пФ. По постоянке нагрузка практически отсутствует (только утечки порядка фА. Материал проводника - Ал. Витков примерно 9. ЭДС небольшая, это да. Порядок - (1-10) мВ. Да еще будут коммутационные шумы. Пока не оценивал, интуитивно - нормально будет. С этим можно жить.

Да. Но, это пока очень грубо. Реально без проблем получать в 100 раз больше - я пока вообще не задаюсь такими расчетами. Хочется ощутить нужность - ненужность такой штуки. Физически она реализуема без особых проблем (проблемы начнутся после АЦП, в мат. обработке реального времени). Это сложная, но довольно интересная задача. От внешних помех матрица экранируется люминем или медью. А может, сразу на обратную сторону пластины пыльнуть и контакт приварить. Рано с сигнал\шум бороться. Может, и не придется совсем.

Вы ЭДС катушки как оценивали?
ЭДС катушки прямо пропорциональна кол-ву витков, площади сечения "намотки", частоте и напряженности магнитного поля.
Для озвученных параметров (сечение 0,25х0,25 мм2, кол-во витков 10, поле 40А/м, частота 20кГц - верхняя для "звуковых частот") у меня получается не 1-10мВ, а максимум 4мкВ .

Практическая нужность/ненужность изделия зависит от конкретных параметров. Подозреваю, чувствительность получается слишком слабая.

[zzzzzzzz]

Вы ЭДС катушки как оценивали?
ЭДС катушки прямо пропорциональна кол-ву витков, площади сечения "намотки", частоте и напряженности магнитного поля.
Для озвученных параметров (сечение 0,25х0,25 мм2, кол-во витков 10, поле 40А/м, частота 20кГц - верхняя для "звуковых частот") у меня получается не 1-10мВ, а максимум 4мкВ .

Практическая нужность/ненужность изделия зависит от конкретных параметров. Подозреваю, чувствительность получается слишком слабая.

Не знаю, как вы считали. У меня для указанных данных получается около 100мВ.

[Designer56]

Мне кажется, многовато...

[Okorok]

Не знаю, как вы считали. У меня для указанных данных получается около 100мВ.

ЭДС катушки U [Вольт], число витков N, площадь сечения намотки A [кв.метр], частота f [Герц], напряженность поля H [А/м], магнитная постоянная my0 [1,257*10^(-6) Гн/м]. Все величины - в системе SI.
Точная формула для амплитуды ЭДС в катушке без сердечника:

|U| = N*A*2*Pi*f*my0*H

Для катушки с сердечником (относительная магнитная проницаемость my(rel) ), соответственно:

|U| = N*A*2*Pi*f*my0*my(rel)*H

P.S.: Кто возьмется проверить?
P.P.S.: zzzzzzzz, а Вы как считали?

[zzzzzzzz]

Свет может распространяться с незначительных расхожнением вне источника, магнитное поле вне источника нет. Свет можно сфокуситовать вне источника, магнитное поле вне источника - нет. Второй момент, что очень многие магнитные неоднородности образуют систему с замкнутыми магнитными силовыми линиями, в этом случае затухание поля весьма быстое. Как пример - запись на магнитной поверхности флоппи диска. На расстоянии немногим больше размера 1 бита поле практически равно нулю. То есть никаким магнитовизором на расстоянии более нескольких десятых мм уже ничего не будет видно.

Не разделяю Ваш скепсис. Так как в районе матрицы поле интегрально одно и тоже. Меняется только плотность потока по площади матрицы. В зависимости от внешнего металлического объекта. Причем, напряженность поля можно создавать очень высокую, до необходимого отношения сишнал\шум.
Даже если вы положите копейку на расстоянии 1 м, траектории силовых линий изменятся. Вопрос только в чувствительности измерительной системы - сможет ли она регистрировать такое изменение плотности потока. Не вижу препятствий, пардон. Так как относительное изменение плотности между соседними ячейками можно сделать очень высоким, почти любым А значит, можно получать высокую контрастность изображения.

Все очень сильно зависит от магнитной структуры. Как пример - П-образный магнит. Когда нет замыкателя поле от него регистрируется десятке сантиметров. Замечу, что для восстановления полной картины поля надо снимать 3-х мерную карту поля. Но если ести замыкатель - поля практически нет.
В приципе вашу идею можно применить для пространственного обнаружения скрытой проводки или ферромагнитной арматуры. Хотя что-то слегка похоже по-моему делает Hilti

Скрытая проводка и арматура - это первое, что приходит на ум. Ну, еще поиск "сокровищ". . Но, это не особенно интересно. Только такая матрица стоит порядка 10 тыс. руб. Не очень рентебельно для таких целей.

[vvs157]

Причем, напряженность поля можно создавать очень высокую, до необходимого отношения сишнал\шум.

Это как?

[zzzzzzzz]

Пардон, ввел всех в заблуждение. И сам обсчитался. Okorok, приношу извинения.

Мои ориентировочные расчеты:

Излучающая катушка длиной 1см, 1000 витков, ток 1А. Создает напряженность магнитного поля около 1е5 А\м

При этом, ЭДС на приемной катушке составит примерно 5 мВ.

Это как?

Ну, например, можно сделать катушку высотой 3 мм. Витков 1000. Ток - ампера 3. Напряженность поля будет порядка 1е6 А\м.
Хотя, эта конструкция уже будет тяжеловата для практической реализации.


Почитал про то, как делают катушки для похожих применений. Да уж... алхимия настоящая.
Скорее всего, надо будет делать многосекционную катушку в виде элипсоида вращения (типа колокол). Для повышения однородности напряженности МП по площади матрицы. Это не обязательно (так как калибровка будет все равно), но принципиальная возможность достичь нескольких процентов неоднородности есть.

Гы. Может, подумать о применении в области досмотра на предмет оружия? Эдакий "взгляд-рентген"? совмещенный с обычной видео-камерой.


ПС. А найдутся ли желающие вообще повозиться с такой готовой матрицей с целью создать прибор? Или никому это нахрен не нужно все-таки?

ПС2.

Хотя что-то слегка похоже по-моему делает Hilti

Почитал про Хилти Ферроскан http://www.sverlim.ru/catalog/980/2309/p-377638/
Это, блин нечто за 600 000... Неужели кто-то покупает? Да и принцип не указан. Может, УЗ.

[asdf]

А найдутся ли желающие вообще повозиться с такой готовой матрицей с целью создать прибор? Или никому это нахрен не нужно все-таки?

Интерес и желающие есть.
Может получиться хороший прибор для строительной геофизики.
Нужно только хорошенько помоделировать и посчитать - могут появиться некоторые особенности.

[zzzzzzzz]

Может получиться хороший прибор для строительной геофизики.

А это как? Дальность "видения"-то большая не вырисовывается. А для геофизики километры нужны, насколько я представляю? Или что-то другое имеете в виду?

[Designer56]

Радиоантенна на магнитную составляющую, если соединить все ч/з сумматор. 3 ортогональные пластины.

[asdf]

А это как? Дальность "видения"-то большая не вырисовывается. А для геофизики километры нужны, насколько я представляю? Или что-то другое имеете в виду?

Здесь смешение понятий. Правильнее, наверное, будет - использование геофизических методов (например- сейсмики, электроразведки итд) в строительстве, обследовании зданий и городской инфраструктуры...

Кстати, Вы не переоцениваете технологические возможности?
Например, в идеале, при оцифровке в 10-12 разрядов (3-4 при реальной эксплуатации обычно получаются сами ), для уровня сигнала в 5 мВ - наводки на линию передачи от элемента должны быть не более 5мкВ. Т.е. для катушки 0.25*0.25 *10витков - приведенная площадь ~0.6кв мм и - получается допускаемая паразитная площадь возможного контура 0.0006 кв мм.
Особенно критично это для элементов в центре, где эта площадь набирается на длине 50 мм.
Похоже нужна будет диференциальная линия. Или у Вас другие идеи?
Кроме того, на пластине получается около 120000 элементов, считая - половина площади уйдет на электронику, остается 60000. Частота считывания, допустим, 1МГц получаем ~ 15 кадров/сек.
Хотелось бы иметь запас скорости, чтобы улучшать с/ш за счет усреднения.
Получается что при 10 кадрах/сек нужно иметь не менее 64 портов считывания, или управляемый интегратор в каждом элементе. Возможно ли это?

И вопрос о встроенном в ячейку выпрямителе - какова его максимальная рабочая частота?

Сообщение отредактировал asdf - Aug 20 2008, 10:05

[Vano_asp]

Почитал про то, как делают катушки для похожих применений. Да уж... алхимия настоящая.
Скорее всего, надо будет делать многосекционную катушку в виде элипсоида вращения (типа колокол). Для повышения однородности напряженности МП по площади матрицы.

Вы сначала определитесь для каких все-таки приложений ориентируете свою разработку. Пока все это пустой разговор. Про визуализацию (или регистрацию) э-м полей, извините, вообще непонятен ход ваших мыслей: начать с того что э-м поля имеют различные пространственные состовляющие, которые одной катушкой ну никак... Затем вникайте в суть различных датчиков э-м полей: ДХ как уже упоминалось, феррозондов, магниторезисторов(-транзистторов) и пр. в интегральном или на кристалле и т.д., и т.п. Чтобы хоть немного сбить охоту изобретать велосипед, сходите в библиотеку и посмотрите патенты на датчики э-м полей .

Хотелось бы, прежде чем "окунаться", обсудить:
1. Целесообразность и необходимость такого прибора.

Для вас это нецелесообразно. Необходимость подобных приборов есть и будет всегда!

2. Области применения.

Машиностроение. Строительство и архитектура. Медицина. Оборонка и космос)) Труднее придумать где подобное устройство не будет иметь применение.

3. Возможные свежие идеи для решения. В том числе, по обработке и конструкции.

Последнее, что известно например мне, это технологии 10-летней давности, создание подобной матрицы катушек методом напыления на подложку. С ростом нанотехнологий мало ли что еще создано.

4. Возможно, орг. вопросы (вдруг кто-то давно мечтает о таком?

Для кого-то это работа ))

ПС. А найдутся ли желающие вообще повозиться с такой готовой матрицей с целью создать прибор? Или никому это нахрен не нужно все-таки?

Повторюсь, хороший и новый (с применением новой технологией) прибор нужен всегда и везде.
Только у вас боюсь на коленках и поспрашивав на форумах ничего не получится .

[zzzzzzzz]

Здесь смешение понятий. Правильнее, наверное, будет - использование геофизических методов (например- сейсмики, электроразведки итд) в строительстве, обследовании зданий и городской инфраструктуры...

Извините, пока не очень представил себе.

Кстати, Вы не переоцениваете технологические возможности?
Например, в идеале, при оцифровке в 10-12 разрядов (3-4 при реальной эксплуатации обычно получаются сами smile.gif ), для уровня сигнала в 5 мВ - наводки на линию передачи от элемента должны быть не более 5мкВ. Т.е. для катушки 0.25*0.25 *10витков - приведенная площадь ~0.6кв мм и - получается допускаемая паразитная площадь возможного контура 0.0006 кв мм.
Особенно критично это для элементов в центре, где эта площадь набирается на длине 50 мм.
Похоже нужна будет диференциальная линия. Или у Вас другие идеи?

Да, только дифференциальный съем, усиление по току и дифференциальная токовая передача инфо. Далее аналоговый мультиплексор (тоже дифференциальный) сигналов с шин данных в общий выходной токовый буфер.
Складывается это все симпатично. Нечто похожее я уже "лепил" в других разработках. Да, будет коммутационный шум. Но, он (и паразитная инжекция) нивелируется полностью дифференциальной схемой построения. Посчитать сейчас реальную шумовую составляющую очень не просто. И пока я это отложил до "лучших времен", когда буду моделировать всю систему в Спайсе.

Кроме того, на пластине получается около 120000 элементов, считая - половина площади уйдет на электронику, остается 60000. Частота считывания, допустим, 1МГц получаем ~ 15 кадров/сек.
Хотелось бы иметь запас скорости, чтобы улучшать с/ш за счет усреднения.
Получается что при 10 кадрах/сек нужно иметь не менее 64 портов считывания, или управляемый интегратор в каждом элементе. Возможно ли это?

Все сказанное неверно. Чип будет представлять из себя матрицу ячеек, в каждой из которых есть все до щин данных.
По одной из четырех сторон чипа размещаются сдвиговые регистры по х и по у. И там же схема управления. Все это займет примерно ширину одной строки матрицы. Довольно компактно. Никаких 120 000 элементов.
Так как технология планируется 3мкм (это не дорого и не плохо), скорость считывания должна составить около 5 МГц. Возможно, удастся 10МГц. Сейчас трудно оценить. Спайс скажет точнее. У матрицы 1 выход (вернее, 2 дифф) данных. Возможно подключение дополнительных матриц - максимум 2 по у (зеркально друг к другу) и много таких пар по х. К выходу каждой матрицы цепляется внешнее АЦП.

И вопрос о встроенном в ячейку выпрямителе - какова его максимальная рабочая частота?

Это не диод. Вопрос в проработке. На вскидку - 100МГц.

Вы сначала определитесь для каких все-таки приложений ориентируете свою разработку. Пока все это пустой разговор.
Про визуализацию (или регистрацию) э-м полей, извините, вообще непонятен ход ваших мыслей: начать с того что
э-м поля имеют различные пространственные состовляющие, которые одной катушкой ну никак... Затем вникайте в суть
различных датчиков э-м полей: ДХ как уже упоминалось, феррозондов, магниторезисторов(-транзистторов) и пр. в интегральном
или на кристалле и т.д., и т.п. Чтобы хоть немного сбить охоту изобретать велосипед, сходите в библиотеку и посмотрите патенты на датчики э-м полей wink.gif

Знаете, ценность таких выступлений равна 0. Не надо показывать свою крутизну в первом же предложении. Все равно пока никто не поверит.

Для вас это нецелесообразно. Необходимость подобных приборов есть и будет всегда!Машиностроение. Строительство и архитектура. Медицина. Оборонка и космосsmile.gif)) Труднее придумать где подобное устройство не будет иметь применение.

Примеры есть? На слух не воспринимаю чего-то.

Для кого-то это работа smile.gif))

не для Вас, случайно?

Только у вас боюсь на коленках и поспрашивав на форумах ничего не получится smile.gif.

Вам видны мои коленки? Сомневаюсь чего-то. Иначе бы увидели на них несколько заводов.
Большая просьба, короче - не надо общих слов. Я их все уже знаю и так.

[Vano_asp]

Большая просьба, короче - не надо общих слов.

Я действительно из самых добрых побуждений. Но трудно перейти к конкретике, пока не поймешь что конкретно человек проектирует. То ли ваше устройство относится к дефектоскопии в машиностроении, тогда лучше конкретизировать к каким объектам, то ли к строительству (та же арматура/прутки/канаты), для геологии, может МР томограф? У вас получается подход: сначала проектируем, делаем, потом посмотрим на что пригодится?

[zzzzzzzz]

Я действительно из самых добрых побуждений. Но трудно перейти к конкретике, пока не поймешь что конкретно человек проектирует. То ли ваше устройство относится к дефектоскопии в машиностроении, тогда лучше конкретизировать к каким объектам, то ли к строительству (та же арматура/прутки/канаты), для геологии, может МР томограф? У вас получается подход: сначала проектируем, делаем, потом посмотрим на что пригодится?

Я тоже не имею никакого желания Вас обижать, поверьте.
Я достаточно много об этом уже написал. Да, ситуация такая - мне нравится сам концепт. Смотрю, на что он годен. На что - нет. Что тут необычного? Это когда приходит заказчик и говорит - "хочу вот это!" становится понятно (да и не всегда) что нужно делать. А в данном случае никакого заказчика нет и не предвидется! Это тоже вариант для творчества. Лично Вам придется с этим смириться - ничего не поделать......

[asdf]

Извините, пока не очень представил себе.

Все сказанное неверно. Чип будет представлять из себя матрицу ячеек, в каждой из которых есть все до щин данных.
По одной из четырех сторон чипа размещаются сдвиговые регистры по х и по у. И там же схема управления. Все это займет примерно ширину одной строки матрицы. Довольно компактно. Никаких 120 000 элементов.

К прибору в том виде как Вы его описываете, наверное, ближе всего радиоголография.

Тогда я не понял, сколько же всего измерительных ячеек на чипе и какой его размер.
Т.е. по первоначальному сообщению я представил, что под чип Вы хотите использовать всю пластину 100 мм.

[alexkok]

Так как технология планируется 3мкм (это не дорого и не плохо),

А сколько, примерно, это будет стоить в серии?
Цена тоже ограничивает область применения.

[zzzzzzzz]

К прибору в том виде как Вы его описываете, наверное, ближе всего радиоголлография.

Тогда я не понял, сколько же всего измерительных ячеек на чипе и какой его размер.
Т.е. по первоначальному сообщению я представил, что под чип Вы хотите использовать всю пластину 100 мм.

Радиоголография? Не слышал, почитаю.

Да, всю пластину. Но так как матрицу целесообразно делать квадратной, то это будет 256х256 ячеек. И размер ее около 65х65 мм кв. Максимальная высота модуля из нескольких матриц, соответственно, 130 мм. Длина - любая, кратная 65 мм.

А сколько, примерно, это будет стоить в серии?
Цена тоже ограничивает область применения.

Про цену всего устройства я пока ничего сказать не могу - я не знаю даже что это за прибор, как Вы поняли, наверное. А сама матрица, я писал - порядка 10 т. руб. после всех отбраковочных процедур. Возможно, что и существенно дешевле, но не менее тысяч трех - это уже сравнимо с себестоимостью самой пластины с готовой структурой. Нет, конечно, при большом объеме, числа наверняка еще можно ужать. Но, похоже, это не тот случай. Не телевизор, короче .

[Vano_asp]

Да, всю пластину. Но так как матрицу целесообразно делать квадратной, то это будет 256х256 ячеек. И размер ее около 65х65 мм кв. Максимальная высота модуля из нескольких матриц, соответственно, 130 мм. Длина - любая, кратная 65 мм.

А размер чувствительного элемента в ячейке, в вашем случае диаметр катушки? Если не секрет, что из себя представляет такая катушечка (ее характеристики, чувствительность)? Возможно именно это и будет определять область применения устройства в целом.

[zzzzzzzz]

А размер чувствительного элемента в ячейке, в вашем случае диаметр катушки? Если не секрет, что из себя представляет такая катушечка (ее характеристики, чувствительность)? Возможно именно это и будет определять область применения устройства в целом.

В первом приближении такая:

[Okorok]

Нашел, наконец, время поучаствовать конструктивно.

ПС2. Почитал про Хилти Ферроскан http://www.sverlim.ru/catalog/980/2309/p-377638/Это, блин нечто за 600 000... Неужели кто-то покупает? Да и принцип не указан. Может, УЗ.

О принципе работы Hilti Ferroscan можно почитать здесь. Физический принцип такой же, как и в индуктивных миноискателях, т.е. ничего сверхъестественного, а самомнение у них, похоже, будь здоров.

1) О размере элемента и реконструкции изображения:
Для таких задач как у Ферроскана или (мино-, кладо-, ...) металлоискателей очень мелкий размер чувствительного элемента не нужен. vvs157 уже об этом писал: то, что хорошо работает и применяется для рентгена, оптики и ИК, не будет работать для низкочастотных электромагнитных полей. Я в математике недостаточно силен, чтобы это убедительно доказать, разве что иллюстрация: длина волн для ИК (оптики, рентгена) - порядка мкм (и соответственно меньше), поэтому базовые уравнения там другие, чем для частот меньше 30 кГц (длина волны больше 10 км), и возможности реконструкции - совсем не такие, как хотелось бы.

Кажется, единственный известный мне пример удачной реконструкции ни низкочастотных полях:
На "упрощенном объекте типа Мозг" делают магнитоэнцефалографию (МЭГ) при помощи сквидов (SQUID). Чтобы получалась реконструкция, на голову надевают шлем с датчиками, натыканными со всех сторон. После реконструкции удается, например, получить координаты "короткого замыкания", типичного для эпилепсии, с точностью около 3-5мм.
Чем выше точность локализации - тем меньше надо удалять мозга при нейрохирургическом вмешательстве.

К сожалению, в задачах типа металлоискатель или "ферроскан" (на бетоне) доступ к объекту - только с одной стороны.
Дополнительную информацию, конечно, можно брать путем многочастотного анализа. Все равно - путь рискованный, т.к. результат реконструкции исследуемого объекта может оказаться неоднозначным.
Правда, этого еще никто толком не пробовал.

2) Чувствительность элемента

Мои ориентировочные расчеты:
Излучающая катушка длиной 1см, 1000 витков, ток 1А. Создает напряженность магнитного поля около 1е5 А\м
При этом, ЭДС на приемной катушке составит примерно 5 мВ.
Ну, например, можно сделать катушку высотой 3 мм. Витков 1000. Ток - ампера 3. Напряженность поля будет порядка 1е6 А\м.
Хотя, эта конструкция уже будет тяжеловата для практической реализации.

Расчет не проверял, но принцип всегда один и тот же: достаточно сильное поле можно создать внутри "катушки возбуждения", а снаружи поле ослабевает слишком быстро (и слишком неоднородное).
У катушки как приемного элемента есть подлое свойство: чувствительность пропорциональна кол-ву витков, площади намотки и частоте поля. Т.е. для низких частот и малых размеров (скажем, меньше мм) магниторезисторы, а, возможно, и датчики Холла будут превосходить катушки по чувствительности.

Чтобы искать достойное применение Вашей матрице катушек, можно было бы увеличить частоту (раз в 1000), а также размер элемента (раз в 5).
Тогда получится матрица, которую можно попытаться пристроить в уже упомянутую дефектоскопию, например. Кстати, для дефектоскопии было бы интереснее иметь матрицу на гибкой подложке .
Прежде чем "продвигать идею" в реальный бизнес, лучше, имхо, найти хотя бы на первых 12 месяцев богатого спонсора (нанопроекты?).

[zzzzzzzz]

Нашел, наконец, время поучаствовать конструктивно.
О принципе работы Hilti Ferroscan можно почитать здесь. Физический принцип такой же, как и в индуктивных миноискателях, т.е. ничего сверхъестественного, а самомнение у них, похоже, будь здоров.

Сэнкс. Я так и понял примерно. Ручная развертка. Непонятно - почему так дорого только.

1) О размере элемента и реконструкции изображения:....

Длина волны здесь не особенно "причем". Так как измеряется плотность потока магнитного поля. А интегрально поле примерно одинаково по площади матрицы всегда.

2) Чувствительность элемента
Расчет не проверял, но принцип всегда один и тот же: достаточно сильное поле можно создать внутри "катушки возбуждения", а снаружи поле ослабевает слишком быстро (и слишком неоднородное).
У катушки как приемного элемента есть подлое свойство: чувствительность пропорциональна кол-ву витков, площади намотки и частоте поля. Т.е. для низких частот и малых размеров (скажем, меньше мм) магниторезисторы, а, возможно, и датчики Холла будут превосходить катушки по чувствительности.

Чтобы искать достойное применение Вашей матрице катушек, можно было бы увеличить частоту (раз в 1000), а также размер элемента (раз в 5).
Тогда получится матрица, которую можно попытаться пристроить в уже упомянутую дефектоскопию, например. Кстати, для дефектоскопии было бы интереснее иметь матрицу на гибкой подложке .
Прежде чем "продвигать идею" в реальный бизнес, лучше, имхо, найти хотя бы на первых 12 месяцев богатого спонсора (нанопроекты?).

Конечно, количество витков, частота, да и масса чего еще влияют на чувствительность. Но, вроде бы, "озвученные" величины вполне достаточны для работы.
Частоту задирать не хочется - есть эффекты "отклика" различных металлов на разную частоту. Можно напороться на ухудшение распознавания материала. Размеры тоже близки к оптимуму для пиксела монитора (хотя, может быть, и стоит сделать в 2х2 раза больше, с увеличением чувствительности соответственно).
Спонсора не хочу. Это развлечение. Работы и рутины хватает и так выше крыши. А уж тем более, нанизм......

Сейчас обмозговываю мысль создания на основе такой матрицы магнито-микроскопа.

Никуда не спешу. Думаю, месяцок пообсуждаю. Потом буду принимать решения. Возможно, что и брошу эту затею. Пока ведь не видно никакого "прорыва". Посмотрим.....

[Vano_asp]

У катушки как приемного элемента есть подлое свойство: чувствительность пропорциональна кол-ву витков, площади намотки и частоте поля.

Т.е. для низких частот и малых размеров (скажем, меньше мм) магниторезисторы,

Товарищи, давайте называть вещи своими именами. Закон э-м индукции помним же все!

Чтобы искать достойное применение Вашей матрице катушек, можно было бы увеличить частоту (раз в 1000)

Частоту задирать не хочется - есть эффекты "отклика" различных металлов на разную частоту.

Да нет же, ребята, проблема будет в возбуждении высокочастотных полей нужной индукции! Проблемы уже начнутся с нескольких десятков килогерц! Не могли бы вы объяснить, что за эффект "отклика" различных металлов на разную частоту? Полагаю, сигналы с подобной катушки на расстоянии в несколько мм будут такими мизерными, что никакая обработка сигналов не поможет! Что значительно сужает круг применения сего девайса.

[zzzzzzzz]

Товарищи, давайте называть вещи своими именами. Закон э-м индукции помним же все!

Да нет же, ребята, проблема будет в возбуждении высокочастотных полей нужной индукции! Проблемы уже начнутся с нескольких десятков килогерц! Не могли бы вы объяснить, что за эффект "отклика" различных металлов на разную частоту? Полагаю, сигналы с подобной катушки на расстоянии в несколько мм будут такими мизерными, что никакая обработка сигналов не поможет! Что значительно сужает круг применения сего девайса.

Вы чего-то недопоняли. Катушки в матрице - приемные. Излучающая катушка находится над матрицей.
Различные материалы по разному реагируют на присутствие магнитного поля и его частоты. Между черным и цветным металлом на низких частотах разница особенно велика. С увеличением частоты она уменьшается.

[Okorok]

Катушки в матрице - приемные. Излучающая катушка находится над матрицей.

+1

Различные материалы по разному реагируют на присутствие магнитного поля и его частоты. Между черным и цветным металлом на низких частотах разница особенно велика. С увеличением частоты она уменьшается.

Для каждой задачи - свои "оптимумы" по конструкции передатчика+приемника и по частоте.
Для сортировки металлов "черный-цветной" действительно лучше низкие частоты.
Для обнаружения дефектов - ... смотря какие дефекты . Если очень мелкие, то лучше высокими частотами.

[Vano_asp]

Вы чего-то недопоняли. Катушки в матрице - приемные. Излучающая катушка находится над матрицей.

Именно так я и понял. Житейский опыт подсказывает дать совет: попробуйте на листе бумаги рассчитать эдс в вашей приемной катушке при расстоянии приблизительно 5-8 мм от катушки возбуждения.

Различные материалы по разному реагируют на присутствие магнитного поля и его частоты. Между черным и цветным металлом на низких частотах разница особенно велика. С увеличением частоты она уменьшается.

Без обид, но физику подучить!

[zzzzzzzz]

Именно так я и понял. Житейский опыт подсказывает дать совет: попробуйте на листе бумаги рассчитать эдс в вашей приемной катушке при расстоянии приблизительно 5-8 мм от катушки возбуждения.

Без обид, но физику подучить!

Vano_asp, ваши ценные советы как-то напрягают. Тоже, без обид. Вы кто, доктор физмат наук? Или .... сам Лоренц?
ОК, пойду учить физику. Заодно и посплю.

[DS]

На вскидку, такая система будет иметь смысл при исследовании чего-нибудь на расстоянии порядка размера одного элемента. При увеличении расстояния разрешение будет очень быстро убывать, быстрее, чем куб расстояния. Это будет основным ограничением. Вместо катушек, может примерить GMR структуры, такие, как в головках винчестеров ?
Область применения - может разбраковка пластин винчестеров в потоке ?

[Okorok]

Вместо катушек, может примерить GMR структуры, такие, как в головках винчестеров ?

У этих структур ярко выраженный нелинейный отклик (возможно, еще и с гистерезисом), они ведь биты должны читать.

Кстати, я давно хочу испытать такой датчик ("усопшие" винчестеры найдутся), но не знаю, как подступиться. Наверняка ведь на Планете кто-то такое делал уже, может, есть у кого-нибудь информация?

[DS]

А кстати, если все таки вместо катушек - Холл. Тогда можно сделать прибор для точного измерения градиентов постоянных полей, а это уже заинтересует (может заинтересовать) ядерщиков и ЯМРщиков.

[zzzzzzzz]

А кстати, если все таки вместо катушек - Холл. Тогда можно сделать прибор для точного измерения градиентов постоянных полей, а это уже заинтересует (может заинтересовать) ядерщиков и ЯМРщиков.

Поизучал немного конструктивы ДХ. Не очень вписывается в стандартные КМОП-процессы, требует пристрелочных запусков и исследований структур с целью максимизации эффекта. Но! Чувствительность к полю у них не лучше, чем у хорошей катушки с детектором.
Изменение тока через датчик прямо пропорционально напряженности магнитного поля через датчик. С катушкой - тоже самое, только не тока, а напряжения.

А зачем ядерщикам измерения градиентов постоянных полей?

[DS]

Изменение тока через датчик прямо пропорционально напряженности магнитного поля через датчик. С катушкой - тоже самое, только не тока, а напряжения.

А зачем ядерщикам измерения градиентов постоянных полей?

Катушка "не видит" постоянного поля. В этом принципиальная разница.

У ядерщиков обычно в хозяйстве дофига больших магнитов, про поле в которых надо знать как можно точнее. Пучки, селекция и прочее.

[zzzzzzzz]

Катушка "не видит" постоянного поля. В этом принципиальная разница.

Само собой. А нужно ли видеть постоянное - вот в чем вопрос.

У ядерщиков обычно в хозяйстве дофига больших магнитов, про поле в которых надо знать как можно точнее. Пучки, селекция и прочее.

То, что приходилось видеть мне, не требовало знаний о неоднородности поля, просто мощного "пучка" хватало. При напряженности более какой-то величины уже не так важно - исследуемые процессы "запускались", и ладно.

Наверное, такой матрицей можно поднять разрешение томографов, использующих фокусируемое в точке ЭМ поле. Есть такие в природе?

[DS]

Само собой. А нужно ли видеть постоянное - вот в чем вопрос.
То, что приходилось видеть мне, не требовало знаний о неоднородности поля, просто мощного "пучка" хватало. При напряженности более какой-то величины уже не так важно - исследуемые процессы "запускались", и ладно.

Наверное, такой матрицей можно поднять разрешение томографов, использующих фокусируемое в точке ЭМ поле. Есть такие в природе?

Ну так это Вы что-то конкретное наблюдали. Вообще-то используется много магнитов, начиная от размеров тумбочки, заканчивая размерами троллейбуса. В них необходимо иметь определенные параметры поля и знать для каждой точки отклонения от рассчетных. Для ЯМР томографов это еще более актуально. Как-то это решается, естественно, но возможно, многоэлементный приемник может упростить задачу и повысить точность.
Но поля, порядка нескольких тесла, - постоянные, иногда с небольшой модуляцией.